Elektronika | Felsőoktatás » BMF Dr. Szentiday Klára - Digitális alapáramkörök

BUDAPESTI MŰSZAKI FŐISKOLA Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar dr. Szentiday Klára DIGITÁLIS ALAPÁRAMKÖRÖK oktatási segédlet a villamosmérnök szak Elektronikus eszközök szakirány hallgatói számára 2. (javított) kiadás Mikroelektronikai és Technológiai Intézet Budapest, 2003 A kéziratot átnézte: Lovassy Rita főiskolai tanársegéd Szerkesztette és az ábrákat készítette: Mihalik Gáspár tanszéki mérnök -3- Tartalomjegyzék BEVEZETÉS.4 1. DIGITÁLIS KAPUÁRAMKÖRÖK ADATLAPJELLEMZŐINEK VIZSGÁLATA .7 2. KOMBINÁCIÓS- ÉS TRIGGER-ÁRAMKÖRÖK MÉRÉSI GYAKORLATAI.19 3. ARITMETIKAI ÁRAMKÖRÖK ÉS ANALÓG MULTIPLEXER VIZSGÁLATA.28 4. TÁROLÓK ÉS LÉPTETŐREGISZTEREK VIZSGÁLATA .43 5. FREKVENCIAOSZTÓK ÉS SZÁMLÁLÓK MÉRÉSEI.57 6. ABEL SZIMULÁCIÓS GYAKORLAT .73 -4- BEVEZETÉS A Digitális technika c. törzstárgyhoz hallgatóink részére 6 db mérési gyakorlat áll rendelkezésre. Egy-egy gyakorlat

elvégzése 4 órás foglalkozást igényel Az első öt mérés TTL és CMOS áramkörökkel foglalkozik, míg a 6. mérési gyakorlat számítógépes áramkörtervezést tartalmaz, ami a rendelkezésre álló ABEL PLD program segítségével kapuhálózat-alapú tervezési feladat-megoldást és szimulációs lehetőségeket biztosít. Az első öt mérési anyaggal kapcsolatos alapismereteket a hallgatók a Digitális technika c. tantárgy harmadik félévi előadásainak keretében sajátíthatták el, míg a számítógépes szimulációhoz szükséges ismereteket a negyedik félév előadásai tárgyalják. Valamennyi mérési gyakorlat elején felsoroljuk, hogy milyen műszerek és kellékek szükségesek a mérések elvégzéséhez. Az alkalmazott műszerekkel kapcsolatosan felhívjuk a figyelmet az alábbiakra: Tápegység A legtöbb méréshez 5 V tápfeszültség szükséges, néhány esetben azonban a tápfeszültséget szabályozni vagy változtatni kell. A

mérődobozokba védődiódát építettünk be, ami fordított polaritás rákapcsolása esetén megakadályozza az áramkörök helytelen táplálását (ekkor a védődióda zárófeszültséget kap). Helyes táplálásnál a védődióda nyitóirányban működik, és ebben az esetben sarkai között kb. 0,50,6 V esik Ezért a tápfeszültséget előzőleg digitális voltmérővel ellenőrizve állítsuk 5,6 V-ra, és ezt az értéket adjuk rá a mérődobozra. Figyelem! A TTL áramkörök igen pontosan beállított 5 V-os tápfeszültséget igényelnek! A tápegység-mérőműszereknél a (+) pozitív és a (-) negatív kimeneteken kívül található még egy „föld” jelű kimenet is. Ezt a kimenetet semmikor ne használjuk! Mindenkor a negatív kimenet legyen az áramkör közös (földelt) pontja! A legtöbb tápegység dobozán áramkorlátozó forgató gomb is található. Ha ez minimum helyzetben van, a tápegység által leadott áram nem elegendő az áramkörök és

a LED-ek meghajtásához. Ügyeljünk arra, hogy az áramkorlátozó gomb maximum-helyzetben legyen! -5- Függvénygenerátor A mérések egy részénél – impulzusgenerátor hiányában - függvénygenerátor áll a hallgatók rendelkezésére. A függvénygenerátoron található olyan kimenet (Trigout TTL), ami TTL-szintű, tehát kb. 3,54 V-os pozitív négyszögjelet ad ki Mindenkor ezt a kimenetet használjuk! Nem ajánlott a függvénygenerátor használata azoknál a méréseknél, ahol nagyfrekvenciás impulzusokkal kell mérni. Ennek oka, hogy a függvénygenerátor jele mintegy 1 MHz fölött erősen torzított. Éppen ezért az ilyen mérésekhez impulzusgenerátor használatát írtuk elő, mivel az impulzusgenerátor kifejezetten a meredek felfutású jelekre optimalizált! Impulzusgenerátor A digitális mérések céljára a legideálisabb jeladó eszköz az impulzusgenerátor. Az impulzusgenerátornak 2 db főimpulzus kimenete van: az egyik kimeneten a

földhöz képest pozitív, és a másik kimeneten a földhöz képest negatív impulzusok jelennek meg. Van azonban az impulzusgenerátornak egy harmadik kimenete is: a Trig. Out TTL, amelyről TTL szintű jel vehető le. A TTL áramkörökön végzett méréseknél ezt a kimenetet használjuk! Mindhárom kimenet időzítése szinkronban történik, tehát az időzítő kapcsolók (ismétlődési frekvencia, késleltetés, jelszélesség) egyforma hatást fejtenek ki mindhárom kimenetre. Amennyiben az időzítő kapcsoló négyszög rajzolatú állását használjuk, 1:1 kitöltési tényezőjű négyszög-impulzusokat kapunk. Ha egyéb beállítást használunk, akkor az impulzusok kitöltési tényezőjét szabályozhatjuk. Ügyeljünk azonban arra, hogy az ismétlődési frekvencia és a jelszélesség beállítása egymással összhangban legyen, mert ha a jelszélesség nagyobb, mint a periódusidő, akkor szabálytalan, és nem a beállított értékeknek megfelelő jeleket

kapunk. A legtöbb mérésnél a bemeneti jelet felvisszük az oszcilloszkóp egyik csatornájára, hogy azzal összevetve vizsgálhassuk a kimenet jelét. Ebben az esetben a bemeneti jelet kétfelé kellene ágaztatni, ami kényelmetlenné teszi a mérést. Megkönnyíti a mérést, ha a vizsgálat számára a generátor pozitív főimpulzusát visszük az oszcilloszkópra, ami – mint fent már említettük – az időzítést tekintve megegyezik a TTL kimenet jelével. Ezt az eljárást a függvénygenerátornál is követhetjük a szelektor-kapcsoló négyszög-állását választva. Bár a függvénygenerátor négyszögjele földszimmetrikus (ezért nem használhatjuk a digitális áramkörök vezérlésére!), az időzítési viszonyok azonban ekkor is megegyeznek a TTL kimenet időzítési értékeivel. -6- Vezérlés statikus L- és H-szintekkel A mérések egy részénél nem használunk jelgenerátort, hanem statikus (állandó) L- és Hszintekkel vezéreljük az

áramkör-bemeneteket. Valamennyi mérőpanelon nagy számban állnak rendelkezésre „┴” (föld) jelzésű banánhüvelyek, amelyek a panelon belül a tápfeszültség nullpontjára csatlakoznak. L-szint igénye esetén ezekhez a pontokhoz csatoljuk a kérdéses bemeneteket. H-szint esetén egyszerűsítéssel élhetünk a TTL áramköröknél: kihasználjuk a TTL áramköröknek azt a tulajdonságát, hogy az üresen hagyott bemenetek (lebegő bemenetek) az áramköri sajátosságok következtében H-szintre töltődnek fel. Ezért – hogy takarékoskodjunk a banánhüvelyekkel, és megkíméljük a hallgatókat a túl sok huzalozástól – a H-szintet úgy „adjuk” bemenetre, hogy a kérdéses bemenetet szabadon hagyjuk! CMOS áramköröknél ez a módszer nem követhető, az L-szintre kapcsolandó bemeneteket az áramkör (-) pontjára, és a H-szintre kapcsolandó bemeneteket az áramkör (+) tápfeszültség-pontjára kell kötni! Rajzjelek A kapcsolási rajzoknál

mindenhol a magyar szabványnak megfelelő, ún. dobozos jelöléseket alkalmaztuk a kapuk és a tárolók esetében. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a digitális áramkörök esetében a kapcsolási rajzokon nem tüntetik fel az egyes áramköri egységek tápfeszültségvezetékeit! Az integrált áramkörök tokbekötési rajzai és a mérőpanel egyes áramkörei azonban tartalmazzák a tápfeszültség-bevezetések jelét és helyét. Jegyzetünkben csak olyan ábráknál tüntettük fel a tápfeszültséget, ahol a kapukat körülvevő ellenállás-hálózat megvalósítása azt igényli. Ajánlott szakirodalom: A mérési feladatok megértését segíti és a felkészülést megkönnyíti, amennyiben a hallgatók átnézik az alábbiakban felsorolt szakirodalmak megfelelő fejezeteit. 1. Rőmer Mária: Digitális rendszerek áramkörei 6 kiadás, Hungarian Edition Műszaki Könyvkiadó 1996. Bp 2. Texas TTL receptek 2 kiadás Műszaki Könyvkiadó 1978 Bp 3.

Magyari-Theisz-Glofák: Digitális IC-atlasz 2 kiadás Műszaki Könyvkiadó 1981 Bp 4. Rőmer Mária: easy ABEL kezelési útmutató KKMF jegyzet 25/94 Bp 1994 -7- 1. DIGITÁLIS KAPUÁRAMKÖRÖK ADATLAPJELLEMZŐINEK VIZSGÁLATA Műszerek és kellékek: 1 db szabályozható kettős tápegység 1 db impulzusgenerátor 1 db oszcilloszkóp 2 db digitális multiméter 1 db forrasztható mérőpanel, 1 db próba-panel, forrasztókészlet, 3-4 db integrált áramkör, néhány db ellenállás, kondenzátor és LED A HALLGATÓK A MÉRENDŐ KAPCSOLÁSOKAT FORRASZTÁSSAL ÁLLÍTJÁK ÖSSZE! A mérés célja a leggyakrabban használt digitális kapuáramkörök katalógus által megadott jellemzőinek értelmezése, a legfontosabb katalógusparaméterek és jelleggörbék kimérése és néhány alkalmazási lehetőség megismerése. A vizsgálatok céljára TTL kapuáramkörök és egy CMOS kapuáramkör áll rendelkezésre. Vizsgálandó integrált áramkörök: TTL típusból: SN

7400 és SN 74LS00 NÉS kapu, SN 7406 nyitott kollektoros inverter; CMOS típusból: CD 4001 NVAGY kapu, vagy CD 4011 NÉS kapu. A CMOS digitális integrált áramkörök családjában a legtöbb TTL áramköri kapcsolás megtalálható, azonban a CMOS változatban bonyolultabb, nagyobb integráltsági fokozatú áramkörök is rendelkezésre állnak. Méréseink során csak az egyszerűbb változatokkal fogunk találkozni, olyanokkal, amelyek a TTL-családból is ismeretesek. A „CMOS” elnevezés arra utal, hogy valamennyi tranzisztor p- és n-csatornás komplementer tranzisztor-párból áll, tehát az áramkörök nem tartalmaznak csak p-, vagy csak n-csatornás tranzisztorokat. -8- A TTL és a CMOS áramkörcsalád elemeit összehasonlítva, a következők mondhatók: - A TTL áramkörök kötött szintűek, tehát tápfeszültségük csak kis mértékben (mintegy ±10 %-ban) szórhatnak. A CMOS áramkörök szabadszintűek: tápfeszültségük és H-szintjük 3,5 V15 V

tartományon belül választható meg. - A TTL áramkörök jelentős, l mW-tól többszáz mW-ig terjedő teljesítményfelvétellel rendelkeznek, míg a CMOS áramkörök teljesítményfelvétele a 10100 nW-os nagyságrendekbe esik. - A TTL áramkörök működési sebessége általában nagyobb a CMOS áramkörök működési sebességénél (az átlagot tekintve, és nem az erre optimalizált típusokra nézve). - A CMOS kapuk átviteli jelleggörbéje igen jól megközelíti az ideális változatot, míg a TTL átviteli jelleggörbe – és ezáltal a zavarvédettség is – sokkal kedvezőtlenebb. - A TTL áramkörök terhelhetősége (FAN OUT) 1015 kapubemenet, míg a CMOS áramköröknél a terhelhetőség eléri a több száz kapubemenetet. Megjegyzendő azonban, hogy a terhelés, vagyis a kapubemenet-szám növelésével a működési sebesség jelentősen csökken! A mérődoboz vázlatos rajzát az 1.1 ábra szemlélteti A doboz tetején lévő NYÁK lap 3 db IC

foglalatot tartalmaz a bennük elhelyezett integrált áramkörökket. Az áramköröket a tokból kiemelni, forgatni és cserélgetni tilos! Az áramkörökhöz csak a laborvezető nyúlhat! A tokok lábkivezetései a dobozon belül összekapcsolódnak az alsó és a felső forrcsúcsokkal. Az alsó sín a doboz hátoldalán lévő „GND” feliratú 5 db banánhüvelyre csatlakozik, e sínre kell kiforrasztani az éppen vizsgált IC tápfeszültségének (-) pontját. A felső sín a „+5” feliratú (piros) banánhüvelyre csatlakozik, e sínre kell kiforrasztani azt az IC-lábat, amelyre a tápfeszültség (+) pontja kapcsolódik. A doboz elején lévő számozott forrcsúcs-sor 17 jelű forrcsúcsai rendre a hátoldal azonos számozású banánhüvelyeire vannak csatolva a dobozon belül. Az 1 és a 2 forrcsúcs a doboz hátoldalán a két BNC csatlakozó aljzatra vezet (meleg pontokra). A dobozba beépítve l db potencióméter is található (P1), amelynek értéke 10 kΩ.

A potméter kivezetései a 8-9-10 forrcsúcsokra csatlakoznak a dobozon belül összekötve a forgatógomb mellett található ábra szerint. Megjegyezzük, hogy a mérőpanelt kézbe véve, valamennyi jelölés értelemszerű! -9- 1.1 ábra A mérődoboz bekötésének sematikus rajza 1.1 Az SN 7400 TTL áramkör vizsgálata A gyakorlat elvégzése során előadódhat, hogy az SN 7400 áramkör helyett SN 74S00 vagy SN 74LS00 IC áll a hallgatók rendelkezésére. Ezek az áramkörök – mint korábbi tanulmányainkból ismeretes – csak a működési sebességben és a tápegységből való áramfelvételben térnek el egymástól. Amennyiben az általunk felvett jelleggörbéket összevetjük a katalógusokban közöltekkel, ezt a körülményt figyelembe kell venni! A 7400 típus 4 db kétbemenetű NÉS kaput tartalmaz. A tokban lévő kapuk szimbolikus jelölését és az IC lábkiosztását az 12 ábra szemlélteti 1.2 ábra - 10 - Mérési feladatok: 1.11 Bemeneti

jelleggörbe (Ube – Ibe ) felvétele A mérőpanelon forrasztással állítsuk össze az 1.3 ábra szerinti kapcsolást A bemeneti áram és a bemeneti feszültség mérését a rendelkezésre álló két multiméterrel végezzük el. Az Ut tápfeszültség értéke legyen pontosan +5 V! Potencióméterként alkalmazhatjuk a dobozba beépített P1 potmétert. Változtassuk P1 segítségével az Ube feszültséget 0 V.+4 V között és határozzuk meg az egyes mérési pontokban az Ibe áramot. Ahol a görbe meredeken változik, ott sűrítsük a mérési pontokat! Ábrázoljuk a felvett jelleggörbét mm-papíron. Milyen érdekességet figyelhetünk meg? Fűzzünk hozzá magyarázatot! 1.3 ábra 1.12 Átviteli jelleggörbe (Ube – Uki) felvétele Állítsuk össze a következő kapcsolást (1.4 ábra), pontosan 5 V-os tápfeszültséget alkalmazva. - 11 - 1.4 ábra Vegyük fel az átviteli jelleggörbét úgy, hogy a bemeneti feszültséget 0+3 V között változtatjuk. A

billenési feszültség környezetében sűrítsük a mérési pontokat Ábrázoljuk a függvényt mm-papíron. A papírra rajzoljuk fel az ideális jelleggörbét is, összehasonlítás céljából! 1.13 A kimeneti jelleggörbék (Iki -Uki )felvétele Kétféle kimeneti jelleggörbe létezik: a kimeneti H-szint, ill. a kimeneti L-szint esetén felvett jelleggörbe. Mindkét esetben a kimeneti áram függvényében mérjük a kimeneti feszültséget! Kimeneti H-szintet úgy állítunk be, hogy a bemeneteket L-szintre kötve, a kapu-kimenet H-szintre kényszerül (ld. 15 ábra) Ha a P1 potenciómétert változtatható ellenállásnak kötjük be, akkor az ellenállás csökkentésével egyre nagyobb áramot „húzunk ki” a kapuból. Mielőtt a kapukimenetre bármit is kapcsolnánk, adjunk L-szintet a bemenetre, és mérjük meg voltmérővel a kapu kimeneti feszültségét. Ez az érték fog megfelelni az Iki = 0 helyzetnek. Ezt követően állítsuk össze az 15 ábra szerinti

kapcsolást, majd fokozatosan csökkentsük a P1 potméterrel a kimeneti ellenállást. Ezáltal – érthető módon – nő a kimeneti áram és csökken a kimeneti feszültség. Mérésünknél a kimeneti áram semmi esetre se lépje túl a 10 mA értéket! Ábrázoljuk a mért kimeneti feszültségeket a kimeneti áram függvényében mm-papíron. - 12 - 1.5 ábra Kimeneti L-szintet úgy állítunk be, hogy mindkét kapubemenetet H-szintre helyezzük. Mielőtt a kimenetre bármit is kapcsolnánk, mérjük meg voltmérővel a kapu kimeneti feszültségét. Ez az érték fog megfelelni az Iki = 0 helyzetnek Ezt követően állítsuk össze a kapcsolást az 1.6 ábra szerint 1.6 ábra Állítsunk be a P1 potméterrel maximális ellenállást, majd az ellenállást csökkentve – és ezáltal az Iki kimeneti áramot növelve – vegyük fel az Iki – Uki jelleggörbét. A méréseket az Ikimax = 10 mA-ig végezzük el. Ábrázoljuk mm-papíron ezt a kimeneti jelleggörbét is

Számítási feladat: Az elvégzett jelleggörbe-mérések alapján határozzuk meg a kapu zavarvédettségi feszültség-tartományát a következők szerint: - 13 - Az Ube – Ibe jelleggörbéből olvassuk le, hogy mekkora a bemeneti áram az Ube minimális (0V) és maximális (nagyobb 3 V) értékénél. Ha a terhelést N = 10 kapubemenetre vesszük, mekkora áramnak felel ez meg H- és Lszintű bemenetek esetén? A kimeneti jelleggörbékből olvassuk le a fenti áramokhoz tartozó kimeneti feszültségeket (UkiH, UkiL). Az átviteli jelleggörbéből olvassuk le a maximálisan megengedett bemeneti L-szint és a minimálisan megengedett bemeneti H-szint értékét! A fentiek alapján határozzuk meg a ∆U zavarvédettségi feszültségtartományokat H- és Lszint esetén: ∆UL = |UkiL – UbeL max|. ∆UH = |UkiH – UbeHmin|; 1.2 CMOS kapuáramkör vizsgálata Vizsgálataink céljára CD 4001 vagy CD 4011 típusú (esetleg egyéb gyártmányú) CMOS áramkört

használunk. Ezek a típusok 4 db kétbemenetű NVAGY, ill NÉS kaput tartalmaznak A kapuk lábkiosztása megegyezhet az 1.2 ábrán látható TTL kapu lábkiosztásával, azonban ettől eltérő típusokkal is találkozhatunk. Ilyen tokbekötést mutat az 17 ábraFigyelem! A mérések megkezdése előtt kérdezzük meg a laborvezetőtől, hogy milyen típusú áramkör van a mérődobozban, és annak milyen a lábkiosztása! 1.7 ábra - 14 - Mérési feladatok: 1.21 Átviteli jelleggörbe meghatározása Ezt a mérést az 1.12 feladat mintájára végezzük el az 14 ábra szerinti kapcsolásban úgy, hogy a kiválasztott kapu két bemenetét összekötjük, és közösen vezéreljük. Végezzük el a méréseket 3,5 V; 5 V és 14 V tápfeszültség esetén is! Tekintve, hogy a CMOS kapu átviteli jelleggörbéje meredeken billen, a mérés mindössze abból áll, hogy megkeressük azt a bemeneti feszültséget, amely esetén a kimenet H-szintből L-szintbe vált át. Felhívjuk

a figyelmet arra, hogy a CMOS kapu H-szintje mindig megegyezik a tápfeszültséggel! Ennek ellenőrzése céljából mérjük meg a kimeneti L- és H-szint pontos értékét is mindhárom tápfeszültség esetében! 1.22 Késleltetési idő mérése Adjunk az áramkörre 5 V-os tápfeszültséget. Kapcsoljunk sorba két kaput úgy, hogy mindkét kapu bemeneteit közösítjük. Az első kapu bemenetére impulzusgenerátorból adjunk 5 V nagyságú pozitív impulzust (néhány kHz jelfrekvenciával). Ugyanezt a bemeneti jelet vezessük az oszcilloszkóp első csatornájára, míg a második csatornára kapcsoljuk rá a második kapu kimenetét. Ha jól állítottuk össze a mérést, a két csatorna jele csaknem teljesen megegyezik egymással. Ezt követően növeljük a bemeneti jel frekvenciáját mindaddig, amíg a kimeneti és a bemeneti jel között jól leolvasható késleltetést figyelhetünk meg. Mérjük le mind a fel-, mind a lefutási él esetében a késleltetési időt (a

méréseket a jel 50 %-ánál végezzük!). A mérés megkezdése előtt ellenőrizzük a szkóp időskálájának hitelességét Az egy kapura jutó késleltetési időket úgy kapjuk meg, hogy a mért értékeket felezzük. A mérési összeállítást az 1.8 ábra szemlélteti 1.8 ábra Kapcsoljunk kondenzátort a kimenetre, és úgy is mérjük meg a késleltetési időket. Egy vagy két kondenzátorral végezzük el a méréseket. Figyelem! Ebben az esetben megnő a - 15 - jelkésleltetés, tehát sokkal kisebb impulzus-frekvenciákon kell a méréseket elvégezni, hogy jól leolvasható késleltetéseket kapjunk! 1.23 Gyűrűs oszcillátor készítése Adjunk a vizsgált CMOS áramkörre 5 V tápfeszültséget. Kapcsoljunk három kaput gyűrűbe az 1.9 ábra szerint Valamelyik kapukimenetet kapcsoljuk oszcilloszkópra, és helyes beállítás esetén az önrezgő kapcsolás impulzusait figyelhetjük meg. A mért impulzus periódus-idő a három kapu késleltetési

idejének az összegével fog megegyezni. Mérjük le a periódus-időt, osszuk el hárommal, és az eredményt hasonlítsuk össze a 1.22 feladatban meghatározott késleltetési idővel. 1.9 ábra 1.24 CMOS és TTL kapuk illesztése Helyezzünk egy SN 74LS00 TTL kaput a próba-panelba és válasszuk ki annak egyik kapuját. Közösítsük a két kapubemenetet, majd impulzusgenerátorból adjunk kb 10 kHz-es négyszögjelet a bemenetre. A kapu-kimenetet kapcsoljuk az eddigiek során vizsgált CMOS kapuáramkör egyik kapujának a bemenetére, miután a két kapubemenetet közösítettük (ld. 1.10a ábra) A CMOS áramkörre adjunk ugyancsak 5 V-os feszültséget Kapcsoljuk az oszcilloszkóp egyik csatornájára a TTL kapu kimenetét, és a másik csatornára a CMOS kapukimenetet. Növeljük meg a négyszögjel frekvenciáját kb 2 MHz-re, és rajzoljuk le az oszcilloszkópon látható jelalakokat. Mit tapasztalunk és miért?! Cseréljük fel a két kaput, vagyis végezzük el a

fenti mérést úgy is, hogy a CMOS kapu kimenetére kapcsolódjék a TTL-kapu közösített két bemenete (ld. 110b ábra) - 16 - a) b) 1.10 ábra 1.3 Nyitott kollektoros TTL kapu vizsgálata Méréseinkhez SN 7406 TTL kaput alkalmazunk, ami 6 db nyitott kollektoros invertert tartalmaz. Tokbekötési rajza az 111a ábrán és egyik inverterének kapcsolási rajza az 111b ábrán látható. a) b) 1.11 ábra a) Nyitott kollektoros TTL kapu tokbekötése b) Az egyik kapu áramköri kapcsolása - 17 - Mint az 1.11b ábrán látható, a végtranzisztor kollektora szabadon van Ez a Q kimenet egy R ellenálláson át a kapu 5 V-os tápfeszültségére, vagy más értékű tápfeszültségre kapcsolható. A 7406 esetében UK max = 30 V értékű, és a maximálisan megengedett kollektoráram, Iki = 16 mA. Mérési feladatok: 1.31 A minimális terhelő-ellenállás meghatározása Valósítsuk meg az 1.12 ábra kapcsolását A biztonságos működés érdekében a változtatható

ellenállásnak kötött P1 potméterrel kapcsoljunk sorba egy kb. 800 Ohmos R1 ellenállást is. 1.12 ábra Adjunk a kapu tápfeszültség bemenetére a szokásos módon 5 V-ot, azonban az UK-val jelzett pontra másik tápegység-részből kapcsoljunk +25 V-ot. Adjunk a kapu bemenetére Hszintet A P1 potméter ellenállását csökkentsük egészen addig, amíg a kimeneti áram el nem éri a 15 mA-t. Mérjük meg az ehhez az álláshoz tartozó Uki feszültséget, majd szétszedve a kapcsolást, ohmmérővel mérjük meg a P1-gyel beállított ellenállásnak és az R1 ellenállásnak az összegét. Ez az érték felel meg a minimális terhelő ellenállásnak 1.32 Alkalmazási példa (szorgalmi feladat) A nyitott kollektoros kapu jól alkalmazható valamilyen fogyasztó digitális vezérlésére. Példaként LED-meghajtó áramkört készítünk. - 18 - Valósítsuk meg az 1.13 ábra szerinti kapcsolást A kapura adjunk 5 V tápfeszültséget, és az UK pontra adjunk a másik

tápegységből +25 V-ot. Adjunk a kapubemenetre H-szintet Amennyiben a LED-et helyes polaritással kötöttük be, a LED világítani fog. P1-et változtassuk addig, amíg az Iki kimeneti áram 10 mA nem lesz. Változtassuk meg a kapubemenet feszültségét H-szintre! Helyes beállítás esetén a LED kialszik. Amennyiben ez nem következik be, változtassuk a P1 potmétert úgy, hogy csökkenjen a kimeneti áram, majd a LED éppen kialudjék. Ha nem tudjuk az ellenállást olyan értékre beállítani, hogy a LED ne világítson, csökkentsük a 25 V-os UK feszültséget is! Végül kapcsoljunk a kapubemenetre impulzusgenerátort, amelyen TTL szintű négyszögjelet állítunk be lassú, néhány Hz-es jelfrekvenciával. Helyes beállítás esetén szemünkkel is követhetjük a LED fényerejének változását. Kezdjük el növelni a jelfrekvenciát, és keressük meg azt a frekvencia értéket, amelytől kezdve a LED villódzása megszűnik, és fényét állandónak látjuk! Ez a

frekvencia tekinthető szemünk „határfrekvenciájának”, ami fontos fiziológiai jellemző. 1.13 ábra - 19 - 2. KOMBINÁCIÓS- ÉS TRIGGER-ÁRAMKÖRÖK MÉRÉSI GYAKORLATAI Műszerek és kellékek: 1 db kettős tápegység 1 db impulzusgenerátor 1 db függvénygenerátor 1 db digitális multiméter 1 db oszcilloszkóp 1 db mérődoboz, ami 2 db 7400, 1 db 7446, 1 db 7486, 1 db TIL 301 áramkört és szintjelző LEDeket tartalmaz, továbbá 1 db műanyag doboz 74121 áramkörrel és 1 db műanyagdoboz 7414 és 7404 áramkörrel ellátva. Kombinációs áramköröknek nevezzük a visszacsatolásokat nem tartalmazó kapuhálózatokat, amelyek a bemenetre adott jelkombinációk hatására a válaszjelet a kimeneten azonnal (tárolásmentesen) megjelenítik. A valóságos kapuhálózatok esetében azonban érvényesülnek a jelkésleltetések, ezek sok esetben versenyfutási helyzeteket, ún. hazárdokat eredményeznek Impulzusok négyszögesítésére

előállítására, alkalmazhatók formálására, a továbbá trigger-áramkörök. szinuszA és egyéb tranzisztorokból jelformák összeállítható monostabil- és trigger-kapcsolásokkal már az előző félév Elektronika gyakorlatai során megismerkedtünk. Ezért a mérések megértéséhez el kell olvasni az Elektronikai laboratóriumi gyakorlatok c. jegyzet 5 sz mérési gyakorlatát! A most sorra kerülő mérések lényegében a már megismert monostabil- és trigger-kapcsolások integrált áramkörös változatait tartalmazzák. A gyakorlat első részében a kombinációs hálózatok számítási és mérési feladataival foglalkozunk, majd a második részben integrált monostabil multivibrátorral és Schmitt-triggerrel ismerkedünk meg. Ez utóbbi áramkörök belső felépítésükben mind kombinációs, mind szekvenciális kapcsolási elemeket tartalmaznak. 2.1 Kombinációs áramkörök vizsgálatai Logikai függvények egyszerűsítése és a minterm

alakok megvalósítása NÉS-NÉS hálózattal - 20 - Mérési feladatok: 2.11 Egyszerűsítsük az alábbi függvényeket Karnaugh-táblával A mérési jegyzőkönyvben tüntessük fel a táblákat, a számítások részleteit és az egyszerűsített függvényalakokat! Ezt a feladatot a hallgatók a mérésre való felkészülés során oldják meg, és a mérés megkezdése előtt az eredményt mutassák be a gyakorlatvezetőnek! f 1 = Σ4 (3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12) f 2 = Σ4 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 9, 11, 13) f3 = Σ 4 (0, 1, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11) f4 = Σ4 (1,3, 4, 6, 8, 9, 11, 14, 15) f5 = Σ4 ( 1, 5, 9, 12, 13, 14, 15). 2.12 Valósítsuk meg az egyszerűsített f5 függvényt NÉS-NÉS kapuhálózattal! Készítsük el az eredeti (egyszerűsítés előtti) f5 függvény igazságtáblázatát, majd annak néhány sorát igazoljuk úgy, hogy az egyszerűsített függvénynek megfelelő kapuhálózat azonos jelű bemeneteire adjuk a kérdéses jelkombinációkat. A kimenetet

kapcsoljuk az egyik szintkijelző LED-hez tartozó banánhüvelyre. Szorgalmi feladatként egyéb függvények elkészítése is ajánlott! A vizsgálatoknál a bemeneteket statikus L- és H-szintekkel vezéreljük! Ezzel kapcsolatban utalunk a Bevezetésben említett előírásokra. - 21 - Vezérelt inverter készítése kizáró-VAGY kapuból Mérési feladatok: 2.13 Írja fel a kétváltozós kizáró-VAGY függvény igazságtáblázatát és igazolja annak helyességét a 7486 áramkör egyik kapujának segítségével. 2.14 Adjon az egyik kapubemenetre TTL-szintű négyszögjelet (a függvénygenerátor vagy az impulzusgenerátor TTL kimenetét használva) 10 kHz körüli frekvenciával és a kapukimenetet kapcsolja oszcilloszkópra. A másik kapubemenetet helyezze felváltva L-, majd H-szintre Mit tapasztal? Vezesse az oszcilloszkóp másik csatornájára a bemeneti négyszögjelet. Mit tapasztal? Miért nevezzük ezt az áramkört vezérelt inverternek? Indokolja meg a

választ az igazságtáblázat alapján! Hazárdot tartalmazó kombinációs hálózat vizsgálata Állítsuk össze a 2.1 ábra szerinti többszintű kapuhálózatot Ehhez a méréshez alkalmazzunk impulzusgenerátort, annak TTL kimenetét felhasználva, négyszögjelet beállítva. Az ábrát tekintve egyszerűen belátható, hogy az yki kimenet mindig H-szintű, mivel a vezérlő négyszögjel ellenfázisban vezérli az y1 és y2 kimenetű kapukat. A körbe sorosan kapcsolt 3 db inverternek kapcsolt kapu azonban késlelteti az egyik ágon a jelet, így az y2 kimenet még akkor is H-szintű lesz, amikor már az y1 is elérte a H-szintet. Így egy rövid időre yki L-szintű tűimpulzust (hazárdot, azaz hamis vezérlést) mutat. 2.1 ábra - 22 - Mérési feladatok: 2.15 Állítsuk össze a 21 ábra kapcsolását Az inverterek és a kapuk céljára használjuk a 7400 áramkör kapuit. (Figyelem! A fel nem használt kapubemenet üresen hagyva H-szintet képvisel, ahogyan azt a

Bevezetés c. fejezetben már elmondtuk!) Az Ube bemenetre adjunk közepes frekvenciás (10 kHz körüli) négyszögjelet, majd vezessük az y1 kimenetet az oszcilloszkóp egyik, míg az y2 kimenetet a másik csatornájára. A kapcsolást akkor sikerült jól összeállítanunk, ha a két kimeneti jel ellenfázisban van. Rajzolja le a kapott ellenfázisú jelalakokat! 2.16 Az igen rövid idejű „hazárd” jelet akkor tudjuk kimérni, ha nagyfrekvenciás vezérlést adunk a kapuhálózatra. Növeljük meg a jelfrekvenciát 12 MHz-re, majd kapcsoljuk az egyik oszcilloszkóp-bemenetre az yki kimenetet és a másik bemeneten hagyjuk meg az előző feladatnak megfelelő vezérlést. Figyeljük meg az yki kimeneten megjelenő tűimpulzust, rajzoljuk le a jelalakokat, majd mérjük meg a tűimpulzus fele amplitúdójánál annak időtartamát. Tekintve, hogy 3 db invertert kapcsoltunk sorba, a mért értéknek az egyharmada lesz az egy kapura jutó jelkésleltetési idő. Határozzuk meg

ezt az értéket, majd nézzük meg a katalógusban a 7400 kapu tipikus jelkésleltetési idejének értékét. A mérésnél ügyeljünk az oszcilloszkóp időskálájának pontos beállítására! Amennyiben 10-szeres idő-nyújtást alkalmazunk, a kapott idő-értéket – értelemszerűen – tízzel osztani kell! 2.17 Mind az y1, mind az y2 kimenettel együtt nézze meg az yki kimenetet Magyarázza meg, hogy miért csak az egyik jelátmenetnél lép fel hazárd? Kódátalakító készítése (binárisból Gray-kódba) E feladat során kódátalakító kapcsolást tervezünk és valósítunk meg. A kódátalakító áramkör olyan legyen, hogy 4 bites bináris kódot 4 bites Gray-kódba alakítson át a 2.2 ábra szerinti tömbvázlat szerint. Ha felírjuk a kétféle kód igazságtáblázatát, láthatjuk, hogy kizáró-VAGY kapukkal egyszerűen megoldható az átalakítás. 2.2 ábra - 23 - Mérési feladatok: 2.18 Készítse el a kódok igazságtáblázatát 2.19

Valósítsa meg a kódátalakító kapcsolását A kódátalakító kimeneteit (Gray ki) vezesse a LEDsorra! 2.110 Adjon a bemenetre (bin be) néhány jelkombinációt, és ellenőrizze az átalakítás helyességét! TIL 301 kijelzővel összekapcsolt 7446 dekóder vizsgálata A 7446 áramkör aktív L-szintű bináris-hétszegmenses dekóder. Az A, B, C, D bemenetek 8-4-2-1 súlyozású BCD-kódban fogadják a vezérlést. A bemenetek közül az A a legkisebb és a D a legnagyobb helyi értéket fogadja. 09 számokkal vezérelve a bemeneteket, rendre megjeleníti dekóderhez kapcsolt kijelző a beírt számokat. A 1015 számoknak megfelelő bemeneti kombináció egyéb szegmenskombinációkat jelez ki. Az utolsó: az 1111 (15) szám a kijelző sötét állapotát jeleníti meg. Az LT (lamp test) bemenet a kijelző vizsgálatára szolgál Ha ezt a bemenetet aktivizáljuk (vagyis L-szintet adunk rá), valamennyi szegmens kigyullad (8-as szám jelenik meg). A BI/RBO bemenet kioltásra

való. Az RBI bemenet révén soros nullkioltás valósítható meg, ennek azonban csak több IC sorba kapcsolásakor van értelme. Mérésünknél ezzel a bemenettel nem foglalkozunk. A kijelzőnek külön vezérelhető tizedespontja is van (TP bemenet), amelynek vezérlését a dekóder nem látja el. Ehhez külön tizedespont-vezérlő kaput kell készíteni Méréseink során erre nem térünk ki. - 24 - Mérési feladatok: 2.111 Statikus szintekkel vezérelve a dekóder A, B, C és D bemeneteit, igazoljuk a megfelelő számjegyek megjelenését. (Megjegyezzük, hogy a dekóder a, b, c, stb kimeneteit a panelon belül összekapcsoltuk a TIL 301 LED-es kijelző megfelelő bemeneteivel.) Rajzoljuk le az összes vezérlési kombinációhoz tartozó szegmens-rajzolatokat! 2.112 Adjunk az LT bemenetre L-szintet Mit tapasztalunk? 2.113 Állítsunk be egy számjegyet a kijelzőn, majd adjunk a BI/RBO bemenetre L-szintet Mit tapasztalunk? 2.114 Állítsunk be egy számjegyet a

kijelzőn, majd impulzusgenerátorból adjunk kb 200 Hz-es TTL-jelet a BI/RBO bemenetre. Lassan csökkentsük a négyszögjel frekvenciáját és figyeljük meg, hogy mekkora frekvencia-értéktől vesszük észre a kijelző vibrálását. Ez az érték felel meg szemünk ún. CFF vibrációs frekvenciahatárának Ez a frekvencia egyénenként eltérő, sőt attól is függ, hogy pihentek vagy fáradtak vagyunk. 2.115 A BI/RBO kioltó bemenetet fényerősségmodulációra is használhatjuk Adjunk az impulzusgenerátorból impulzus-jelalakot olyan jelfrekvenciával a kioltó bemenetre, ami már nem okoz szemünkben vibrálást. Ezután csökkentsük a jelszélességet (vagyis a kitöltési tényezőt) és figyeljük meg a változást. Célszerű 6,4 ms-os periódusidőt, majd kezdetnek 100 µs-os impulzusszélességet választani. A generátor kimenetét vezessük oszcilloszkópra, és figyeljük meg a jelszélesség és a fényerő közötti összefüggéseket. 2.2 Trigger áramkörök

vizsgálata Monostabil multivibrátor vizsgálata A mérés során TTL áramkörös 74121 típusú monostabil multivibrátorral ismerkedünk meg, amely egyetlen áramkört tartalmaz. Az integrált áramkör belső felépítésének tömbvázlatát és külső hálózatát a 2.3 ábra szemlélteti Az ábrán a zárójelben feltüntetett számok az IC tok lábainak számozását jelentik. Mint az ábrából látható, az R és C időzítő elemeket kívülről kell az áramkörhöz csatolni! A mérőpanelen feltüntettük azokat a banánhüvelyeket, ahová a külső R és C tagot be kell helyezni. - 25 - Megjegyezzük, hogy az áramkör tartalmaz egy kb. 10 kΩ-os beépített ellenállást, ami megfelelő csatolással a külső R ellenállás helyett felhasználható. A szükséges kapcsolás megtalálható a katalógusokban és kézikönyvekben. Méréseinknél ennek alkalmazására nem térünk ki. 2.3 ábra Az alkalmazható R és C elemek értékhatárai: 1 kΩ ≤ R ≤ 40

kΩ 10 pF ≤ C ≤ 10 µF. A kvázi-stabil állapot idejét, vagyis a formált kimeneti jel impulzus-szélességét (H-szintjét) az alábbi összefüggés alapján számíthatjuk ki: T(imp) ≈ 0,7. RC Az áramkör A1 vagy A2 bemeneteire adva a vezérlő jelet, annak lefutó éle indít, míg a B bemenetet vezérelve, a felfutó él fog indítani. A vezérlésnél ügyelni kell arra, hogy az impulzusgenerátor jeleinek ismétlődési ideje feltétlenül hosszabb legyen, mint a beállított T(imp) idő. Az áramkör kimenete a Q és annak negáltja Mérési feladatok: 2.21 Állítsuk össze a monostabil kapcsolást a mellékelt R és C elemek valamelyikének alkalmazásával. Adjunk az áramkörre 5 V tápfeszültséget Az impulzusgenerátor TTL kimenetéről adjunk igen keskeny tűimpulzust a bemenetre ügyelve arra, hogy az impulzusok periódusideje feltétlenül nagyobb legyen a beállított T(imp) időnél! Vezessük az - 26 - impulzusgenerátor pozitív

impulzus-kimenetét az oszcilloszkóp egyik csatornájára, míg a másik csatornára adjuk a multivibrátor Q kimenetét. Hasonlítsuk össze a bemeneti és a formált jelet. Növeljük kissé a bemeneti jel szélességét, ha a kapcsolást helyesen állítottuk össze, a Q kimeneti jel szélessége független marad a vezérlőjel szélességétől. Ellenőrizzük, hogy valóban a lefutó él végzi az indítást? 2.22 Mérjük meg a kimeneti jel H-szintjének idejét és hasonlítsuk össze a T(imp) idő számított értékével. A mérésnél ügyeljünk az oszcilloszkóp időskálájának helyes beállítására Végezzük el a mérést más értékű RC kombinációval is. Ha nagy eltérést tapasztalunk a mért és a számított értékek között, hitelesítsük az oszcilloszkópot az impulzusgenerátor ismert jelével! 2.23 Adjuk a vezérlő jelet a B bemenetre, és ellenőrizzük, hogy ebben az esetben valóban a felfutó él indít. Figyelem! Ha a B bemenetet használjuk,

valamelyik A bemenetet L-szintre kell kapcsolni! Schmitt-trigger vizsgálata A Schmitt-trigger általánosabban használható jelformálásra, mint a monostabil multivibrátor, továbbá hiszterézissel is rendelkezik, vagyis a vezérlő jel felfutó szakasza más feszültségszintnél billent, mint a lefutó szakasz. Mérési feladatok: 2.24 Adjunk 5 V tápfeszültséget a 7414 típusú Schmitt-trigger TTL áramkörre A kimenetet vezessük az oszcilloszkóp egyik csatornájára, és a bemenetre függvénygenerátorból adjunk szinusz, majd háromszög jelformát. Ügyeljünk arra, hogy a vezérlőjel ne haladja meg az 5 Vot! A bemeneti jelet vezessük az oszcilloszkóp másik csatornájára Egymásra csúsztatva az oszcilloszkópon a be- és a kimeneti jelet, igen jól megfigyelhető, hogy a billenés máshol következik be a felfutó- és máshol a lefutó bemeneti jelszakasz esetében. E kettő különbsége lesz a hiszterézis feszültség Kíséreljük meg lemérni ezt a

kicsiny feszültséget! Figyelem! A bemeneti jel kissé torzított képet mutat, mivel a Schmitt-trigger leterheli a generátort. 2.25 A Schmitt-trigger – mint a legtöbb nemlineáris áramkör – megfelelő visszacsatolással ellátva oszcillációra is képes. A Schmitt-trigger érdekessége, hogy ha bemenetét ezzel együtt 5 V-ot nem meghaladó DC feszültséggel vezéreljük, a keletkezett négyszögjelek frekvenciája - 27 - változni fog. A visszacsatolt Schmitt-trigger tehát felfogható, mint az egyik legegyszerűbb feszültségvezérelt oszcillátor (VCO)! Valósítsuk meg a 2.4 ábra szerinti kapcsolást Az egyes áramköri elemek a dobozban beépítve megtalálhatók, csupán banándugókkal össze kell kötnünk a megfelelő pontokat. A méréseket végezzük el először az egyik C kondenzátor alkalmazásával, majd a két kondenzátor párhuzamos kapcsolása (összegzése) mellett is! 2.4 ábra Az 5,4 kΩ ellenállásra az ábrán látható módon kapcsoljuk

rá a kettős tápegység másik egységét, és e feszültséget adjuk rá a digitális voltmérőre is. Vezessük a Schmitt-trigger kimenetét oszcilloszkópra, és mérjük le a megjelenő négyszögjel T periódusidejét f = 1/T alapján a jelfrekvencia is kiszámítható. 2.26 Vegyük fel a DC feszültség függvényében az f ismétlődési frekvenciát Mérjünk 0, 1, 2, 3, 4 és 5 V DC feszültségnél. Ábrázoljuk a függvényt mm-papíron 2.27 Ha a Schmitt-trigger kimenetét a dobozban elhelyezett inverterre adjuk, annak 1Y kimenetén szebb, meredekebb válaszjelet figyelhetünk meg. Vizsgáljuk meg így is a kimeneti jeleket! - 28 - 3. ARITMETIKAI ÁRAMKÖRÖK ÉS ANALÓG MULTIPLEXER VIZSGÁLATA Műszerek és kellékek: 1 db tápegység 1 db digitális multiméter 1 db impulzusgenerátor 1 db oszcilloszkóp 1 db mérődoboz, ami 7408, 7432, 7475, 7483, 7485, 7486 és 74181 IC-ket és szintjelző LED-eket tartalmaz, továbbá l db mérő-panel 4051 CMOS

áramkörrel ellátva. A mérések első részében aritmetikai feladatokat ellátó TTL kombinációs áramkörökkel foglalkozunk, majd a második részben egy 8 csatornás CMOS multiplexer/demultiplexer kombinációs áramkör vizsgálatait végezzük el. Az aritmetikai áramkörök döntően olyan kombinációs áramkörökből épülnek fel, amelyeket már a korábbi tanulmányaink során megismertünk. Az aritmetikai áramkörök az alapvető aritmetikai és logikai műveletek elvégzésére valók, ezért a számítógépek nélkülözhetetlen építőelemei. 3.1 Fél- és teljesösszeadó készítése alapkapukból Felhívjuk a figyelmet arra, hogy statikus H-szintet a kérdéses bemenetek szabadon hagyásával, míg statikus L-szintet a kérdéses bemenetek ┴ jelű banánhüvelyekre való kapcsolásával adunk az áramkörökre (ld. Bevezetés c fejezet)! Mérési feladatok: A következő három feladatot a hallgatók a mérésre való felkészülés során, otthon

végezzék el, és a megoldásokat mutassák be a mérés megkezdésekor a laborvezetőnek! - 29 - 3.11 Korábbi tanulmányainkból már ismerjük a félösszeadó egybites változatát, ami átvitel fogadására nem alkalmas. Írjuk fel az áramkör igazságtáblázatát! 3.12 Ugyancsak ismeretes a hallgatók számára a teljesösszeadó egybites változata, ami átvitel fogadására is alkalmas. Írjuk fel az áramkör igazságtáblázatát és egyszerűsítve azt K-táblával, rajzoljuk fel a kapcsolást ÉS-VAGY kapukat alkalmazva. 3.13 Tekintsük át a 31 ábrán látható kapcsolást, és elméletileg igazoljuk néhány bemeneti kombinációval, hogy ez az áramkör valóban megfelel a teljesösszeadónak. 3.1 ábra 3.14 Valósítsuk meg kapukból a 311 feladat áramkörét, és igazoljuk statikus szintekkel a működés helyességét! 3.15 Valósítsuk meg a 31 ábrán látható kapcsolást a panelon található kapuk segítségével, és igazoljuk statikus szintekkel a

működés helyességét! A kimeneteket mindegyik esetben vezessük a LED-ekre. 3.2 Négybites párhuzamos bináris összeadó vizsgálata Az SN 7483 integrált áramkör 4 db teljesösszeadó párhuzamosan kapcsolt változatából áll. Segítségével két darab 4 bites operandus összeadása végezhető el. Az áramkör átvitel fogadására is képes. A tokbekötési rajz a 32 ábrán látható - 30 - 3.2 ábra A4, ill. B4 az összeadandók legmagasabb helyi értékét jelentik, C1 az áthozat- és C5 az átvitelbit. Mint ismeretes, a 4 bites párhuzamos összeadó négy darab teljes összeadóból épül fel úgy, hogy az átvitel végig fut mind a négy összeadó-egységen, ami viszonylag hosszú időt kíván. Az összeadó működési sebességét ez az átfutási idő limitálja. Mérési feladatok: 3.21 Rajzoljuk le a 4 bites párhuzamos összeadó felépítését 4 db teljesösszeadó áramkör felhasználásával! 3.22 A panelon lévő 7483 összeadó kimeneteit

vezessük a LED-sorra Célszerű az átvitelt (C5) a sárga LED-re vezetni! Ezt követően az A és B bemenetekre adjunk tetszőleges bináris számokat (statikus L-H szintekkel), és ellenőrizzük az összeadó működését. Legalább 3 db összeadást végezzünk el! 3.23 Következő feladatként állítsunk be az impulzusgenerátoron négyszögjelet (néhány kHz frekvenciával). Kapcsoljuk az impulzusgenerátor TTL kimenetét a C1 áthozat bemenetre és a C5 átvitelt kapcsoljuk oszcilloszkópra. Összehasonlításul a szkóp másik csatornájára vigyük fel az impulzusgenerátor bemeneti jelét (e célra alkalmazhatjuk a pozitív főimpulzust!). Bizonyos A-B jelkombinációknál (pl. A = 0110, B=1001) a C5 átvitel követi C1-et Számítással ellenőrizzük ezt az állítást, és adjuk meg azoknak az operandusoknak a halmazát, ahol teljesül a fenti feltétel! 3.24 Maradjunk az előző beállításban (vagyis amikor C5 követi C1 impulzusait) és mérjük le az összeadó

késleltetési idejét. Ehhez nagy jelfrekvencia szükséges azért, hogy az oszcilloszkópon kellően kinagyítható legyen a kicsiny késleltetési szakasz. Állítsunk be az impulzusgenerátoron 12 MHz-es jelfrekvenciát. A mérésnél ügyeljünk az oszcilloszkóp - 31 - időzítésének helyes beállítására. Mivel a késleltetési idő igen kicsiny, célszerű 10-szeres időnyújtást alkalmazni Figyelem! Tízszeres nyújtás esetén a lemért időt – értelemszerűen – tízzel osztani kell! Mérjük meg a jelkésleltetést mind a fel- mind a lefutó élnél a jelamplitúdó 50 %-ánál! A be- és a kimeneti jel amplitúdóját állítsuk be egyforma nagyra, és csúsztassuk egymásra a két jelet. Ebben az esetben könnyen és pontosan elvégezhetjük a késleltetési idő-mérést 3.3 Soros összeadó készítése teljesösszeadóból és statikus D tárolóból (szorgalmi feladat) Korábbi tanulmányainkból már ismerjük a soros összeadó felépítését és

működését, amelynek tömbvázlatát a 3.3 ábra szemlélteti 3.3 ábra Mint az ábrából látható, ennél a kapcsolásnál a bemeneti biteket léptető regiszterből kell beolvastatni, és az összeget is léptető regiszterbe írják be. Az átvitel mindig a következő bithez adódik hozzá, ezért ezt egy D-tárolóval késleltetve vezetik vissza az áthozat-bemenetre (C1). A léptető regiszterek – mint ismeretes – sorrendi hálózatok, amelyeket órajel vezérel. A fenti kapcsolás esetén valamennyi léptető regisztert és a D-tárolót is ugyanaz az órajel vezérli (szinkron rendszer). Ennek a kapcsolásnak a megvalósítása túl bonyolult volna, azonban a működést statikusan is modellezhetjük. Ekkor a jelszinteket statikusan írjuk be, és az átvitel-áthozat összekötést is egy statikus D-tároló (D-latch) segítségével valósítjuk meg. Az elrendezést a 34 ábra szemlélteti. - 32 - 3.4 ábra Az összeadóból most csak az A1 és B1 bemeneteket

fogjuk felhasználni, így az összeg az S1 kimeneten és az átvitel az S2 kimeneten keletkezik. Ezért az S2 kimenetet kapcsoljuk a D-tároló Dbemenetére, és annak Q kimenetét a C1 áthozat-bemenetre kötjük Az S1, S2 kimeneteket LED-re kapcsoljuk és az A1, B1 bemeneteket statikus szintekkel vezéreljük. Az A2, A3 és a B2, B3 bemeneteket L-szintre kapcsoljuk, hogy azok ne befolyásolják az eredményt. A működtetéshez először tekintsük át a 7475 D-tároló működését. Amennyiben a C órajelbemenetre L-szintet adunk, a tároló kimenete megőrzi eredeti értékét, akármit adunk a D-bemenetre Amennyiben a C órajel-bemenetre H-szintet adunk, a D-bemenetre adott szint azonnal megjelenik a Q kimeneten. Megjegyezzük, hogy a 7475 statikus D-tároló (latch) annak ellenére, hogy órajelbemenete van - 33 - Mérési feladatok: 3.31 Elsőként ellenőrizzük a D tároló működését a fent leírtak szerint 3.32 Állítsuk össze a 34 ábra kapcsolását és első

lépésben nullázzuk a kimeneteket Kapcsoljuk az A1, B1 bemenetet L-szintre, adjunk a C órajel-bemenetre H-szintet, ekkor a két kimenet (az S1 összeg és az S2 átvitel) nulla értékű lesz (a LED-ek sötétek lesznek). Ezután kapcsoljuk a C órajel-bemenetet L-szintre. Ebben az esetben a 0+0+0 összeadást végeztük el, ha most C= H-szintet állítunk be, akkor is marad a kimeneteken a 0 0 eredmény. a) Legyen C= L-szint. Adjunk A1=1 és B1=0 jeleket az összeadóra Az eredmény 0 1 lesz (0+1=1 és átvitel nincs). Ha most C=H-szintet állítunk be, akkor is marad a kimeneteken a 0 1 eredmény. b) Legyen C=L-szint. Adjunk A1=1 és B1=1 jeleket az összeadóra Az eredmény 1 0 lesz (1+1 = 10, vagyis S1=0 és S2=1, tehát átvitel van!). C=0 marad, különben hozzáadja a saját átvitelét! c) Legyen C=H-szint, ekkor a kimeneten 1 1 jelenik meg, mert hozzáadja a saját átvitelét. Ezután legyen C=L-szint, ekkor a Q kimenet megőrzi a D-bemenet előző állapotát, és ezután

adjuk a bemenetekre a következő operandus-kombinációt, pl. A1 = 0 és B1 = l számokat Ekkor 1 0 jelenik meg (1 + 0 + 1) összeadás történik, ugyanis az előző átvitelt hozzáadja a jelenlegi 01 bemenethez. d) Végezzünk további összeadásokat, legalább még 3 db-ot. Írjuk fel gondosan az eredményeket, és igazoljuk magyarázattal, hogy sikerült modelleznünk a 3.4 ábrán látható kapcsolást! 3.4 Logikai komparátorok vizsgálata Az SN 7485 áramkör 2 db négybites bináris szám összehasonlítására alkalmazható. A két bináris szám: A3A0 és B3B0 (A3 és B3 jelentik a legnagyobb helyi értéket). Az IC- tok rajzát a 3.5 ábra szemlélteti Az áramkör kimenetei: Q(A= B), Q(A<B) és Q(A>B), amelyik reláció teljesül, az ahhoz tartozó kimeneten H-szint jelenik meg! Az A=B, A<B és A>B jelölésekkel az ún. kaszkád bemeneteket illettük. Megjegyezzük, hogy a mérőpanel áramköri rajzán a felső sorban találjuk a megfelelő Q kimeneteket,

és az alsó sorban a kaszkád bemeneteket! A kaszkád bemenetek segítségével két vagy több áramkör sorba kapcsolható, és így két 8 bites (16 bites, stb.) szám összehasonlítása is elvégezhető Tekintsük a 36 ábra kapcsolását: - 34 - 3.5 ábra Ha a rajzon látható 1.sz áramkör bemenetei azonos értékeket kapnak (A1=B1, A2=B2, stb), akkor a két szám relációját a 2. sz áramkör bemeneti jelei döntik el 3.6 ábra - 35 - Mérési feladatok: 3.41 Vezessük az egyik 7485 áramkör Q kimeneteit LED-ekre, és a bemeneteket vezéreljük statikusan. Próbáljuk ki a működést úgy, hogy a négybites A és B operandusok egymással azonosak, és úgy is, hogy az egyik nagyobb és a másik kisebb. Ellenőrizzük a LED-ek jelzése alapján a helyes működést. Ha pl A=B, akkor a Q(A=B) kimenetre kapcsolt LED fog világítani, stb. 3.42 Valósítsuk meg a 36 ábrán látható kapcsolást Nézzük az alábbi példákat: a) A: 11110101 B: 11111011 b) A:

01111100 B: 11110100 Mit tapasztalunk? Próbáljuk ki a kapcsolást néhány további példával is. Adjuk meg, hogy kapcsolásunkban melyik IC fogadja az összehasonlítandó A és B operandus 4 magasabb helyi értékét, és melyik a 4 alacsonyabb helyi értéket? 3.5 Paritásvizsgáló készítése kizáró-VAGY kapukból A panelon lévő 7486 kizáró-VAGY kapukat tartalmazó áramkör felhasználásával készítsünk 5 bites paritásvizsgáló áramkört. Mérési feladatok: 3.51 Tervezzük meg az 5 bites paritásvizsgálót a 7486 négy darab kapuáramkörének felhasználásával. Rajzoljuk le az áramkört, és néhány számpéldával igazoljuk helyességét Figyelem! Ezt a feladatot a hallgatók végezzék el otthon, a felkészülés során! 3.52 Építsük meg az áramkört, és kimenetét vezessük rá az egyik LED-re Adjunk az áramkör bemenetére valamilyen jelkombinációt. Ellenőrizzük a működést Mikor lesz a kimenet Hszint, ha páros, vagy ha páratlan az

1-esek száma? 3.6 Aritmetikai-logikai egység vizsgálata Az aritmetikai-logikai egység (ALU) kombinációs áramkör, ami két négybites operandust képes fogadni, és azokkal műveleteket végezni. A műveletek egy része tisztán logikai művelet (két változó összes lehetséges művelete, tehát 16-féle, ld. korábbi tanulmányok), másik része tartalmaz aritmetikai műveleteket: összeadást, kivonást, továbbá vegyes, részben aritmetikai, részben logikai - 36 - műveleteket. A tisztán logikai, ill a vegyes aritmetikai-logikai műveletcsoportokat az M kiválasztó bemenettel, és a csoportokon belül a konkrét műveleteket az S3, S2, S1, S0 szelekciós bemenetek segítségével választhatjuk ki. Az SN 74181 áramkör tokbekötési rajza a 3.7 ábrán látható A rajzon feltüntetett P és G kimenetek alkalmazására akkor volna szükség, ha a 74181-et 74182, ún. gyors átvitelképző áramkörrel kapcsolnánk össze. (Mint ismeretes, ekkor valamelyest

lerövidíthető a műveletvégzések ideje.) Méréseinknél erre nem térünk ki Nem foglalkozunk továbbá az A=B komparátor-kimenettel sem. 3.7 ábra Az A és B operandusok legnagyobb helyi értéke az A3, B3, ill. a legkisebb helyi értéke az A0, B0. Az eredménykimeneteknél a legnagyobb helyi érték az F3, a legkisebb az F0 Az átvitel a C4 jelű kimeneten lép fel. C0 az előző fokozat (ha van ilyen!) áthozatalát fogadja M a műveleti csoport kiválasztó bemenet: M=H-szint esetén tisztán logikai műveleteket végez az áramkör, míg M=L-szint esetén vegyesen aritmetikai-logikai műveleteket. Az egyes műveletcsoportokon belül az S3.S0 kiválasztó bemenetek által választható műveleteket a 31 táblázat tartalmazza A mérőpanelon a C4, F3F0 kimeneteket a panelon belül összekötöttük a felső LED-sorral, így ezzel a kapcsolással már nem kell foglalkozni! - 37 - 3.1 táblázat Kiválasztó bemenetek M = H szint M = L szint Aritmetikai-logikai

műveletek S0 S1 S2 S3 Logikai műveletek C0 = L szint C0 = H szint 0 0 0 0 F= A F=A F=Ap1 0 0 0 1 F= A + B F= A + B F = (A + B) p 1 0 0 1 0 F= AB F= A + B F = (A + B ) p 1 0 0 1 1 F = nulla F = -1 F = nulla 0 1 0 0 F = AB F = A p AB F = A p AB p 1 0 1 0 1 0 1 1 0 F= A (+) B F=A–B-1 F=A-B 0 1 1 1 F = AB F = AB - 1 F = AB 1 0 0 0 F= A + B F = A p AB F = A p AB p 1 1 0 0 1 F= A (*) B F=ApB F=ApBp1 1 0 1 0 1 0 1 1 F = AB F = AB - 1 F = AB 1 1 0 0 F=1 F=ApA F=ApAp1 1 1 0 1 F= A + B F = (A + B) p A F = (A + B) p A p 1 1 1 1 0 F= A + B F = (A + B ) p A F = (A + B ) p A p 1 1 1 1 1 F=A F=A-1 F=A F = B F = (A + B) p A B F = (A + B) p A B p 1 F = B F = (A + B ) p AB F = (A + B ) p AB p 1 Az érthetőség kedvéért néhány megjegyzést fűzűnk a táblázathoz. A (+) szimbólum a kizáró-VAGY függvény-kapcsolatot jelenti, míg a (*) jelölés az ekvivalenciát. Az M=H-szint

segítségével kiválasztható 16 logikai művelet nem követi a közismert sorrendet, tehát a kiválasztó bemenetek 0000 kombinációja nem az f0 függvény (ami - mint ismeretes - az azonosan nulla függvény), stb. Az ALU a logikai műveleteket bitenként végzi el, pl VAGY művelet esetén A1 VAGY B1, A2 VAGY B2, stb. Az aritmetikai műveletek két oszlopa szerint a C0=L-szint esetében nincs áthozat az előző fokozatról, míg a C0=H-szintnél az 1 hozzáadása képviseli az áthozatalt. Mint a táblázatból látható, ebben az oszlopban is találhatók tisztán logikai műveletek, azonban ha van áthozat (C0 = H-szint), akkor az 1-et az utolsó bithez az egység hozzáadja! - 38 - Ami a műveleti jeleket illeti, ahol + (összeadás) vagy a . (szorzás) jelet alkalmaztuk, azok a logikai VAGY, ill. ÉS műveleteket jelentik A logikai műveletek esetén tehát megőriztük a szokványos műveleti jeleket. Ha azonban aritmetikai műveletet végez az egység, akkor a (-)

jel kivonást jelent, míg a p a plusz rövidítése, amivel az aritmetikai összeadást jelöljük. Ezeknél a műveleteknél tehát az A és B operandusokat bináris számokként kezeli az áramkör. Az M=L-szinthez tartozó legtöbb művelet vegyes aritmetikai-logikai, ezeket úgy kell értelmezni, hogy az ALU előzőleg bitenként elvégzi a logikai műveletet, majd az így kapott eredményt bináris számnak tekintve, a kijelölt aritmetikai műveletet oldja meg. Kivonás esetén a negatív szám kettes komplemensével történik a művelet elvégzése, azonban nem használ az áramkör előjel-bitet (erre nézve nem rendelkezik elegendő számú kimenettel az ALU!). Részletezve: Az F = -l művelet az egyes szám (tehát 0001) kettes komplemensét jelenti. Mint ismeretes, ez 1111 értékkel lesz azonos! Hasonlóan járunk el pl. az AB - 1 műveletnél, először elvégezzük az AB műveletet, majd ehhez hozzáadjuk az 1-es szám kettes komplemensét. Az (A – B) műveletnél

az A operandushoz hozzáadja a B operandus kettes komplemensét. Felhívjuk a figyelmét azoknak, akik az ALU áramkört saját célra is alkalmazni szeretnék! Ha valaki tüzetesen végignézi a 3.7 ábrán látható tokbekötési rajzot észre veheti, hogy az A és B operandus-bemeneteknél kis köröcske található, ami a negációra utal. Ugyancsak negáltak az F kimenetek is. Nincs azonban negációra utaló kis köröcske a C0 bemenetnél és a C4 kimenetnél Azért, hogy a mérést ne nehezítse ezeknek a bemeneteknek a fordított vezérlése, a dobozon belül invertereket alkalmaztunk a C0 és a C4 esetében. Aki tehát saját célra készít ilyen áramkört, ügyeljen erre a vezérlési problémára! - 39 - Mérési feladatok: 3.61 Adjunk az M kiválasztó vezetékre H-szintet, és a laborvezető által megadott A és B operandusokkal végezzünk el legalább 2 logikai műveletet. A jegyzőkönyvben tüntessük fel az előzőleg elméletileg kiszámított

eredményeket, majd igazoljuk a helyes eredményt az áramkör kimenetére kapcsolt LED-ek megfigyelésével is. 3.62 Adjunk az M kiválasztó vezetékre L-szintet, majd a laborvezető által megadott A és B operandusokkal végezzünk el legalább 3 műveletet C0 = 0 és C0 = 1 esetén is. E műveleteket ugyancsak a laborvezető jelöli ki. A jegyzőkönyvben ekkor is tüntessük fel mind a számítással nyert eredményeket, mind a méréssel igazolt eredményeket. A fenti feladatok eredményeit mutassa be a laborvezetőnek igazolva, hogy tényleg megértette az ALU működését! 3.7 CMOS analóg multiplexer/demultiplexer vizsgálata A vizsgálatra szánt HCF 4051B olyan CMOS integrált áramkör, ami választásunknak megfelelően 8 csatornás multiplexerként, ill. 8 csatornás demultiplexerként üzemeltethető Ennél az áramkörnél jól látható módon érvényesül a térvezérlésű tranzisztorokból felépített integrált áramköröknek az a sajátossága, hogy

bemeneteik kimenetekként, továbbá kimeneteik bemenetekként is használhatók. Az áramkör tokbekötési rajza a 3.8 ábrán, míg funkcionális rajza a 39 ábrán látható Az áramkör egy közösített Ki/Be hozzáférést biztosít, 8 db csatornát, amelyek bemenetként is és kimenetként is használhatók, 3 db címbemenetet: A, B, C, továbbá egy INH inhibíciós (letiltó) bemenetet. Az egyes hozzáférések feliratozása a mérőpanelon értelemszerű A tápfeszültség (+) polaritását az Ut kivezetésre kell kapcsolni, míg a VEE, és a VSS kivezetéseket a panelon belül összekötöttük, ezeket a tápfeszültség (-) polaritására (GND) kell kapcsolni! - 40 - 3.8 ábra Címbemenetek Csatornák Ki / Be 3.9 ábra A CMOS áramkörök kezelésével kapcsolatban felhívjuk a figyelmet a következőkre: Ellentétben a TTL áramkörökkel, a CMOS áramkörök esetében valamennyi bemenetként használatos kivezetést valamilyen szintre (L-szint vagy H-szint)

kapcsolni kell! Az L-szintre - 41 - kapcsolódó bemeneteket a tápfeszültség (-) pólusára, míg a H-szintre kapcsolódó bemeneteket a tápfeszültség (+) pólusára kell kötni. Levegőben lógva egyetlen bemenet sem maradhat! Mérési feladatok 3.71 A 8-csatornás multiplexer készítése és kipróbálása Adjunk az áramkörre 5 V-os tápfeszültséget! A multiplexer kombinációs áramkör – mint ismeretes – több (jelen esetben nyolc) bemenettel, és egyetlen kimenettel rendelkezik. A címbemenetekre adott bináris szám dönti el, hogy a kimeneten hányas számú bemenet jelenjék meg. Az áramkör akkor működik, ha az INH letiltó bemenetre L-szintet adunk. Adjunk az INH bemenetre L-szintet! Multiplexer üzemmódban a Ki/Be hozzáférés kimenetként működik. A már említett nyolc csatorna tekinthető bemenetnek. A megfelelő bemenet kiválasztását az ABC címbemenetek végzik el úgy, hogy C felel meg a legnagyobb helyi értéknek, és A felel meg a

legkisebb helyi értéknek. Pl C = H-szint, B = H-szint és A = L szint (110) esetén a 6 csatorna kapcsolódik a kimenetre. Végezzük el az alábbi címzéseket: 000, 010, 001, 011. A kimenetet kapcsoljuk voltmérőre, és adjunk valamennyi bemenetre L-szintet. Ezt követően a megcímzett bemenetre adjunk H-szintet. Ellenőrizzük az áramkör helyes működését mind a négyféle címzés esetén! 3.72 A 8 csatornás demultiplexer készítése és kipróbálása A demultiplexer kombinációs áramkör – mint ismeretes – egyetlen bemenettel és több (jelen esetben nyolc) kimenettel rendelkezik. A címbemenetekre adott bináris szám dönti el, hogy a bemeneti jel melyik kimeneti csatornára kerüljön. Az áramkör ebben az esetben is akkor működik, ha az INH letiltó bemenetre L-szintet kapcsolunk. Adjunk az áramkörre 5 V-os tápfeszültséget! Adjunk az INH bemenetre L-szintet! - 42 - Demultiplexer üzemmódban az áramkör Ki/Be hozzáférés bemenetként, míg a

már említett nyolc csatorna kimenetként viselkedik. A csatorna kiválasztást az ABC címbemenetek végzik úgy, hogy C a legnagyobb, és A a legkisebb helyi érték. Pl A = H-szint, B = L-szint és C = L-szint esetén 100, azaz 4 adódik, tehát a 4. csatornán (vagyis az 1 IClábon) jelenik meg a bemenetre adott L- vagy H-szint Végezzük el az alábbi címzéseket: 010, 001, 110, 111 és felváltva adjunk a bemenetre H, ill. L-szintet Kapcsoljuk rendre voltmérőt a megcímzett kimenetre, és ellenőrizzük a működés helyességét! Adjunk az INH bemenetre H-szintet és ellenőrizzük, valóban letiltja-e a működést? - 43 - 4. TÁROLÓK ÉS LÉPTETŐREGISZTEREK VIZSGÁLATA Műszerek és kellékek: 1 db tápegység 1 db digitális multiméter 1 db oszcilloszkóp 1 db függvénygenerátor 1db impulzusgenerátor 1 db logikai jelvizsgáló (sequencer) 1 db mérődoboz: 7400, 7486, 7474, 7476, 74178 áramkörökkel és szintjelző LED-ekkel ellátva, továbbá 1 db

mérőpanel 4027 CMOS áramkörhöz A mérés célja TTL és CMOS tároló áramkörök (RS, JK, T és D) működésének tanulmányozása, továbbá az elemi tárolókból kialakítható néhány funkcionális elem (léptető tároló, gyűrűs számláló) vizsgálata. 4.1 RS tároló és kapuzott RS tároló vizsgálata A statikus szintekkel vezérelhető RS tárolókat invertáló kapukból készítik. NÉS kapukból ún. inverz RS tároló alakítható ki, amely ellentétes szintekkel vezérelhető, mint a NVAGY kapukból kialakítható „egyenes” RS tároló. Az inverz RS tároló kapcsolási rajzát a 41 ábra, és működési táblázatát a 4.1 táblázat tartalmazza A táblázatban található „x” szimbólum a tároló kimenetének bizonytalan állapotát jelzi, abban az esetben tehát, amikor az R és az S bemenetre egyaránt L-szintet adunk, a kimenet bizonytalan, a Q és a Q negált azonos állapotot vehet fel, ami által nem teljesül a tárolóval szemben

támasztott követelmény. Ezért az inverz tároló esetén a 00 vezérlési szinteket nem használják, ezeket a köznyelv „tiltott” vezérlési állapotoknak nevezi. - 44 - 4.1 táblázat Rn Sn Qn Qn+1 0 0 0 x 0 0 1 x 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 Mint a táblázatból látható, ha az S bemenet 0 vezérlést (L-szintet) kap, akkor lesz a tároló „beírt” állapotban. Hasonlóan, az R bemenet L-szintje törli a tárolót Megjegyezzük, hogy a tárolót akkor nevezik beírt állapotúnak, ha Q kimenete H-szinten van, és akkor nevezik törölt állapotúnak, ha Q kimenete L-szinten van. 4.1 ábra A méréseket statikus szintekkel végezzük. Mint ismeretes, az üresen hagyott bemenetet a TTL áramkör H-szintként érzékeli, ezért ha H-szintű vezérlést kívánunk megvalósítani, üresen hagyjuk a kérdéses bemenetet. L-szint esetén a vezérelni kívánt bemenetet a ┴ jelzésű banánhüvelysorra adjuk (ld

a Bevezetés c fejezetben elmondottakat) - 45 - Mérési feladatok: 4.11 Valósítsuk meg a 41 ábra kapcsolását! Alkalmazzuk erre a célra a 7400 áramkör két kapuját A be- és kimeneteket a mérőtáblán feltüntettük. Rajzoljuk le a kapcsolást, majd írjuk fel a beés kimenetekre az IC-lábak számát (Megjegyezzük, hogy a 7400 áramkör tokbekötési rajzát az 1. számú mérésben az 12 ábra mutatja!) A működési táblázatot mérésekkel igazoljuk és határozzuk meg, hogy mely bemenet felel meg az R, ill. az S-nek és mely kimenet a Q, ill a Q negáltnak. 4.2 ábra 4.12 A 7400 áramkör másik két kapujának felhasználásával valósítsuk meg a 42 ábra kapcsolását, ami kapuzott RS tárolónak felel meg. Készítsük el a 41 táblázat mintájára a működési táblázatot: a Kn, Sn, Rn és Qn mennyiségeket tekintve bemeneteknek, míg a Qn+1 mennyiséget kimenetnek! Mérésekkel igazoljuk a táblázat néhány sorát! Milyen hatást fejt ki a K kapuzó

bemenet? Miben változik meg a kapuzott tároló működése a 4.1 ábra egyszerű tárolójának működéséhez képest? 4.2 JK, T és D tárolók vizsgálata, tárolók átalakítása A JK, T és D tárolók dinamikus tárolók, vagyis órajel-bemenettel (ütemjel-bemenettel) is rendelkeznek. Dinamikus tárolók esetén a vezérlő bemenetekre adott jelek csak akkor billentik át a tároló kimenetét, ha az órajel fel- vagy lefutó éle megjelenik. A felfutó élre billenő tárolókat pozitív élvezérlésű tárolóknak, míg a lefutó élre billenő típusokat negatív élvezérlésű tárolóknak nevezik. Az oszcilloszkóppal történő jelvizsgálatok során majd eldönthetjük, hogy a vizsgált tároló pozitív vagy negatív élvezérlésű! - 46 - Méréseinkhez az SN 7476 JK tárolót, az SN 7474 D tárolót valamint az SN 7400 NÉS kaput és az SN 7486 kizáró-VAGY kaput fogjuk használni. Az áramkörök részletesebb leírása többek között a katalógusokban

is megtalálható (ld. Irodalomjegyzék) A JK tároló működési táblázatát a 4.2 táblázat tartalmazza 4.2 táblázat Jn Kn Qn Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 változatlan Törlés Beírás Negáció Mint a táblázatból látható, a JK tároló esetében nincsenek tiltott vezérlési állapotok, ellenben képes a tároló a J=1 és a K=1 vezérlés esetén a kimeneti állapot negálására. A JK tárolóknak ez a tulajdonsága teszi lehetővé, hogy ezt a tároló-típust számlálóként és frekvenciaosztóként alkalmazzuk. A tárolókat tartalmazó integrált áramkörök olyan bemenetekkel is rendelkeznek, amelyek a tároló beírását végzik el (Set vagy Preset néven), továbbá olyanokkal, amelyek a tároló törlésére alkalmazhatók (Reset vagy Clear néven). Ezek a bemenetek megfelelő vezérlési kombinációk esetén a tároló működésére hatástalanok, ha azonban a törlő vagy a

beíró bemenetet aktivizáljuk, akkor ezeknek a bemeneteknek „elsőbbsége” van a többi bemenethez (JK, D, órajel, stb.) képest A katalógusok minden esetben feltüntetik a kérdéses tároló-típushoz tartozó beíró-törlő bemenetek vezérlési tábláját. Mérési feladatok: 4.21 Válasszuk ki az SN 7476 áramkör egyik tárolóját (ez az áramkör két egymástól független JK tárolót tartalmaz), és a két kimenetet kapcsoljuk a szintjelző LED-ekre. A függvénygenerátor TTL kimenetét csatoljuk a kiválasztott tároló órajel-bemenetére (C), és a generátor jelének - 47 - frekvenciáját válasszuk 12 Hz-re, hogy szemünkkel is követni tudjuk a LED villanásait. Adjunk statikus H-szintet mindkét bemenetre, és figyeljük meg a kimenetek negációját. Vezéreljük a J és a K bemenetet egyéb szint-kombinációkkal, és írjuk be a jegyzőkönyvbe, hogy mit tapasztalunk. Megjegyzzük, hogy a beíró-törlő bemenetek a 7476 esetén akkor

hatástalanok, ha mindkettőre H-szintet adunk! 4.22 Kapcsoljuk a Q kimenetet oszcilloszkópra, és növeljük meg az órajel jelfrekvenciáját 10 kHz körüli értékre. Az oszcilloszkópot kapcsoljuk DC állásba, és igazoljuk így is a működési táblát! 4.23 Ha a JK tároló működési táblázatából azokat a sorokat vesszük, ahol a J és a K bemenet azonos vezérlést kap, T tárolót kapunk. Írjuk be a jegyzőkönyvbe a T tároló működési tábláját! Maradjunk a 4.22 mérési feladat kapcsolásánál, azonban vezessük rá az oszcilloszkóp másik bemenetére is a generátor jelét. Adjunk a J=K=T bemenetre H-szintet Mit tapasztalunk? Rajzoljuk le a kapott jelalakokat! Melyik bemeneti élre történik a billenés, milyen funkciót valósit meg az áramkör? Adjunk a J=K=T bemenetre L-szintet. Mit tapasztalunk és miért? 4.24 Ha a JK tároló működési táblázatából azokat a sorokat vesszük, ahol a J és a K bemenet ellentétes vezérlést kap, D tárolót

kapunk. Írjuk be a jegyzőkönyvbe a D tároló működési tábláját! Az ellentétes értelmű vezérlést inverterrel valósíthatjuk meg a 4.3 ábra szerinti kapcsolásban. (Invertert az SN 7400 egyik kapujából készthetünk!) 4.3 ábra - 48 - 4.25 Valósítsuk meg a 43 ábra szerinti kapcsolást! A Q kimenetet kapcsoljuk LED-re és az órajelbemenetre adjunk lassú (néhány Hz-es) jelsorozatot A D bemenetre adjunk felváltva L- és Hszintet (statikusan) Figyeljük meg a LED felvillanásait és azonosítsuk ezeket a működési táblázattal. Fűzzünk magyarázatot a működéshez! Megjegyezzük, hogy D tároló statikus formában is megvalósítható, ha a 4.1 ábra RS tárolójának két bemenete közé – a 4.3 ábra kapcsolásához hasonlóan – invertert iktatunk A statikus D tárolót a szakirodalom „latch” néven említi. Ilyen pl az SN 7475 integrált áramkör 4.26 D tároló integrált áramkör formában is rendelkezésre áll Ilyen pl az SN 7474, ami

két darab élvezérelt D tárolót tartalmaz. A mérőpanelre kivezettük a tároló beíró- (S) és törlő- (R) bemenetét is. Ezek vezérlési tábláját a 43 táblázat tartalmazza 4.3 táblázat Rn Sn Qn+1 0 0 x tiltott vezérlés 0 1 1 beírás 1 0 0 törlés 1 1 Qn a működés engedélyezése Igazoljuk a fenti működési táblázatot, azonban a tiltott vezérlést mellőzzük! 4.27 Készítsünk D-tárolóból JK-tárolót! Kapuk és visszacsatolások segítségével a D tároló JK tárolóvá alakítható a 4.4 ábra kapcsolása szerint 4.4 ábra - 49 - Valósítsuk meg a 4.4 ábra kapcsolását, a Q-kimeneteket vezessük LED-re, majd a 421 feladatban leírtak szerint ellenőrizzük, hogy valóban JK tárolóként működik-e az elkészített áramkör? 4.3 Gyűrűs számláló készítése D és JK tárolókból A gyűrűs számlálók a szinkron számlálók családjába tartoznak, számlálási soruk azonban sem a bináris, sem a BCD kódokat nem

követi. A gyűrűs számlálók számlálási sorát csupán az jellemzi, hogy különféle kimeneti kombinációk figyelhetők meg. E kombinációk száma alapvetően az alkalmazott tárolók N számától függ. Modulo N számláló esetén a tárolók számával azonos a kimeneti jelkombinációk száma, míg Modulo 2N esetén ennek duplája. A D tárolókon kívül JK tárolókból is készíthetünk gyűrűs számlálót, ha az előző mérések során megismert átalakításokat elvégezzük. A gyűrűs számláló kapcsolásait a 4.5 ábra mutatja be A Q4 kimenetnél látható szaggatott vonal azt jelenti, hogy az egyik esetben a Q4 kimenetet, míg a második esetben a Q4 negált kimenetet csatoljuk vissza a D1 bemenetre! 4.5 ábra Mérési feladatok: 4.31 Modulo N számlánc készítése (N = 4) Valósítsuk meg a 45 ábra kapcsolását A Q4 kimenetet kössük a D1 bemenetre. Adjunk az órajel-bemenetre a függvénygenerátor TTL kimenetéről kisfrekvenciás (12 Hz-es)

jelsorozatot, és a Q1Q4 kimeneteket vezessük a LED sorra. Ebben az esetben a bekapcsoláskor véletlenszerűen beálló kimeneti jelszintek fognak a gyűrűn körbemenni. Ha azt szeretnénk, hogy egyetlen H-szint haladjon körbe, akkor - 50 - a RESET bemenettel a tárolókat nullázni kell, ill. a SET bemenettel valamelyikbe be kell írni a H-szintet (ld. a 43 táblázat vezérlési szintjeit) a) Készítsük el a kapcsolást, és igazoljuk a fenti működést úgy, hogy egyetlen H-szint halad körbe a gyűrűn. b) Állítsuk be úgy a számláncot, hogy egyetlen L-szint haladjon körbe a gyűrűn! c) Mindkét esetben írjuk be a jegyzőkönyvbe a számlánc működési táblázatát! 4.32 Kapcsoljuk most az utolsó tároló Q4 negált kimenetét a D1 bemenetre az ábrán bejelölt szaggatott vonal szerint. Ez a kapcsolás a Modulo 2N-nek fog megfelelni Készítsük el a kapcsolást, és igazoljuk a fenti működést! Készítsük el a számlánc működési táblázatát!

Szorgalmi feladat: Készítsünk Modulo 2N számlálót 4 db JK tároló felhasználásával (Johnson számláló). Rajzoljuk le a kapcsolást és ellenőrizzük a működést az előző feladatokban leírt módon. 4.4 Léptető tároló késztése és vizsgálata Mint már láttuk, a léptető tárolók feladata, hogy egy-egy órajellel késleltessék a bemenetükre jutó információt. Ha N db tárolót kapcsolunk sorban, akkor az órajel periódusidejének N-szeresével fog megegyezni a késleltetési idő. Az ilyen regisztereket N-bites léptető regisztereknek nevezik Amennyiben a regisztersor bemeneti jelét figyeljük együtt az utolsó tároló kimeneti jelével, soros-soros rendszert kapunk. Ha a közbenső tárolók kimeneteit is vizsgáljuk, soros-párhuzamos rendszer valósítható meg. Létezik továbbá párhuzamos beírású és soros kiolvasású regiszter-sor is A továbbiakban N = 4 bites léptető tárolót készítünk, és ennek működését fogjuk megvizsgálni

különböző módszerekkel. Tetszőleges impulzus-sor léptetését csak olyan generátorral vizsgálhatjuk, amelynek órajeléhez szinkronizálva van a bemeneti jelsorozat. A szokványos impulzusgenerátorok e célra nem alkalmasak, laboratóriumunk azonban rendelkezik sajátfejlesztésű logikai jelvizsgáló (sequencer) műszerrel, ami teljesíti ezt a követelményt. A sequencer működését és kezelését az alábbiakban ismertetjük. - 51 - 4.6 ábra A készülék előlapjának rajzát a 4.6 ábra szemlélteti A jelvizsgáló 10 kimeneti csatornával és egy órajel-kimenettel rendelkezik. A 10 csatorna jelsorozatán a jel/szünet arányok egymástól függetlenül, bizonyos periodicitással beállíthatók. A csatornák programozása 20x20-as dióda-mátrix segítségével lehetséges. A kis lyukacskákba dióda-tűk illeszthetők, amelyek a jel H-, ill L-szintjét állítják be. Egy-egy csatornához tehát két-két lyuksor tartozik Például, ha az 1 csatornát

választjuk ki, akkor az „A” és a „B” sorba kell a dióda-tűket helyezni. Az „A” sorba helyezett dióda H-szintre, és a „B” sorba helyezett dióda L-szintre állítja a jelamplitúdót. Példaként egy impulzus-sor beállítását mutatja be a 4.7 ábra, ahol x-szel jelöltük azokat a lyukakat, ahová dióda-tűt helyeztünk 4.7 ábra A beállított jelsorozat periódikusan ismétlődik. Amennyiben a FEEDBACK CONTROL (visszacsatolás vezérlő) kapcsoló 8, 12, ill. 16 állását használjuk, a jelsorozat csak a 8, 12, ill 16 tűállás szerint lesz periodikus. a 20 gomb lenyomásával azonban a teljes jelsorozat ismétlődik Az AUT MAN (automatikus-kézi) nyomógombokkal választhatunk az automatikus, ill. a kézi vezérlés között. Ha MAN (kézi) üzemmódot választunk, akkor a STEP (lépésenként) gomb lenyomásával jelenik meg a diódatűk helyzetének megfelelő logikai szint. A FREQV és a DIV - 52 - OUT kezelőszervekkel a jelsorozat és az órajel

ismétlődési frekvenciája szabályozható. Az órajelet a CLOCK feliratú kimenetről vehetjük le. A diódatűk cseréje előtt a készüléket a STOP gombbal leálltjuk. Miután behelyeztük a diódatűket, a START gomb lenyomásának hatására indul a jelsorozat. Mérési feladatok: 4.41 Az SN 7474 integrált áramkör 2 db D-tárolót tartalmaz Így két 7474 IC segítségével 4 bites léptető regisztert készíthetünk. Valósítsuk meg a 48 ábra szerinti kapcsolást! 4.8 ábra A kimeneteket kapcsoljuk a LED-sorra, és az órajelbemenetre adjunk a függvénygenerátorból lassú (1.2 Hz-es) impulzus-sorozatot Adjunk a D1 bemenetre L-szintet. Mit tapasztalunk és miért? Kössük a D1 bemenetet L-szintre, majd az R törlőbemenetekkel állítsunk be a kimeneteken rendre L-szintet. Ezután a D1-re adjunk H-szintet Mit tapasztalunk és miért? 4.42 Mérések logikai jelvizsgáló műszerrel Állítsuk be a diódatűkkel a 4.7 ábra jelsorozatát az l csatornán

Vigyük e csatorna kimeneti jelét az oszcilloszkóp l. csatornájára, míg a 2 csatornára a CLOCK feliratú kimenet órajelét kapcsoljuk. Mérjük meg az órajel-impulzusok periódusidejét! Rajzoljuk le lehetőleg méretarányosan az oszcilloszkópon látható két jelsorozatot! 4.43 Miután a mérőjeleket az oszcilloszkópon megvizsgáltuk, adjuk a logikai sequencer órajelét a már összeállított 4 bites regisztersor órajel-bemenetére. A D1 bemenetre vezessük a logikai sequencer l. csatornájának jelét Ugyanezt a jelet vezessük rá az oszcilloszkóp 1 csatornájára is. Ezután a szkóp 2 csatornájára rendre vigyük fel a Q1, Q2, Q3 majd a Q4 kimenet jeleit Igazoljuk méréssel, hogy a Q1 kimeneten egy órajelnyi, a Q2 kimeneten két órajelnyi, stb. - 53 - értékű a jelkésleltetés. Rajzoljuk le az oszcilloszkópon látható jelalakokat valamennyi esetben! Igazoljuk, hogy a késleltetések arányosak az órajel idejével! Ügyeljünk a START-STOP

indításra! Ha bármilyen szabályozást végeztünk a logikai jelvizsgáló műszeren, rendszerint kialszik a diódamátrix megfelelő csatornája melletti kicsiny LED, amit a START gomb lenyomásakor lehet bekapcsolni. Csak ilyenkor ad ki jeleket a készülék! 4.44 Állítsunk be egyéb impulzus-sorozatokat, és végezzük el ezekkel a sorozatokkal is a fenti méréseket! Próbáljuk ki a logikai sequencer egyéb funkcióit is! 4.5 Párhuzamos beírású léptetőregiszter áramkör vizsgálata Ha az előzőekben vizsgált tároló-sort átalakítjuk úgy, hogy a ki- és bemeneti összeköttetések megszakíthatók, külön-külön is beírhatók a tárolók. Az ilyen regisztereket párhuzamos-soros rendszerűnek nevezik. Az SN 74178 integrált áramkör képes e funkcióra Belsejében 4 db tároló található, tehát 4 bites léptetőregiszternek felel meg. Felépítését a 49 ábra szemlélteti 4.9 ábra A PE engedélyező bemenetre H-szintet, és az SH bemenetre L-szintet

adva, az egyes tárolók külön-külön beihatók (párhuzamos beírás). Ha a fenti két bemenet L-szinten van, a tároló tartja az információt. Az SH bemenetre H-szintet adva, a soros-soros léptetés engedélyezett Ezt a tárolót rendszerint úgy alkalmazzák, hogy leállítják a soros léptetést, párhuzamosan beírják az egyes tárolókba a kívánt szinteket, majd engedélyezik a soros léptetést. Az SH és a PE bemenetek működési módját a 4.4 táblázat adja meg - 54 - 4.4 táblázat Bemenetek Működési mód SH PE L L Tartás L H Párhuzamos beírás H x Léptetés Léptetés esetén (soros-soros üzemmód) az AS bemenetre kell adni a továbbítandó jelsorozatot. A párhuzamos beírás az AI, BI, CI és DI bemeneteken keresztül történik (ld 49 ábra) Mérési feladatok: 4.51 Soros-soros működés Adjunk a C órajelbemenetre a függvénygenerátorból lassú (12 Hz-es frekvenciájú) jelsorozatot, és a QA.QD kimeneteket kössük a LED-sorra

Adjunk az AS bemenetre Lszintet Mit tapasztalunk? Adjunk ezután az AS bemenetre H-szintet Magyarázzuk meg a tapasztalt működést. 4.52 Párhuzamos beírás Maradjunk az előbbi beállításban, azonban legyen az SH bemenet L-szinten és a PE bemenet H-szinten. Írjuk be az alábbi szinteket statikusan: AI = L-szint, BI = L-szint, CI = H-szint, DI = L-szint. Adjunk ezután az SH bemenetre Hszintet Mit tapasztalunk és miért? 4.53 Igazoljuk a 44 működési táblázat valamennyi változatát az SH és PE bemenetek megfelelő vezérlési kombinációinak kipróbálásával! 4.6 CMOS JK-tároló vizsgálata A HCF 4027B típusú CMOS áramkör két darab JK Master-Slave rendszerű tárolót tartalmaz. Az integrált áramkör tokbekötési rajzát a 410 ábra szemlélteti Mindkét tároló-egység rendelkezik beíró (Set) és törlő (Reset) bemenettel is. A tápfeszültség (-) pólusát a VSS bemenetre, míg a tápfeszültség (+) pólusát a VDD bemenetre kell adni. Ha mind a Set,

mind a Reset bemenetre L-szintet adunk, akkor e bemenetek hatástalanok, és a tároló a funkciójának megfelelően működik. - 55 - Ha a Set-re H-szintet adunk, akkor a Q-kimenet H-szintre áll be, míg ha a Reset bemenetre adunk H-szintet, a Q kimenet L-szintű lesz. Figyelem! A Set és a Reset egyidejű H-szinttel való vezérlése tiltott vezérlés! 4.10 ábra - 56 - Mérési feladatok: 4.61 Adjunk az áramkörre 5 V-os tápfeszültséget Válasszuk ki az első tárolót, és adjunk a SET 1 bemenetre és a RESET 1 bemenetre is L-szintet. Kapcsoljuk a K1 és a J1 bemenetet H-szintre Adjunk a CLOCK 1 bemenetre kb. 10 kHz-es impulzus-sorozatot az impulzusgenerátorból, és vezessük az oszcilloszkóp 1 csatornájára ugyanezt a bemeneti jelet, míg a 2. csatornára adjuk a Q1 kimenetet. Figyelem! Az impulzusgenerátor fő-impulzus kimenetét használjuk, és pontosan 5 V jelamplitúdót állítsunk be! Rajzoljuk le a két csatorna jelalakjait, és fűzzünk

magyarázatot az eredményhez. Kapcsoljuk a SET 1 bemenetet H-szintre Mit tapasztalunk és miért? (E mérésnél a szkóp DC állásban legyen!) Végezzük el ugyanezt a műveletet a RESET 1 bemenettel is. 4.62 Kapcsoljuk sorba a két tárolót a 411 ábra szerint Kapcsoljuk az oszcilloszkóp 1 csatornáját az első tároló órajel-bemenetére, és a 2. csatornát a második tároló Q2 kimenetére Rajzoljuk le a jelalakokat, és indokoljuk a nyert ábra helyességét. A J- és K-bemeneteket mindkét tároló esetében kapcsoljuk H-szintre, és a Set és Reset bemeneteket L-szintre! 4.11 ábra Figyelem! A CMOS áramkörök esetében a vizsgált áramkör valamennyi bemenetét kapcsoljuk fix potenciálra, levegőben lógó bemenetek ne legyenek! A H-szintre kapcsolódó bemeneteket kössük a tápfeszültség (+) pólusára, míg az L-szintre kapcsolódó bemeneteket a tápfeszültség (-) pólusára. - 57 - 5. FREKVENCIAOSZTÓK ÉS SZÁMLÁLÓK MÉRÉSEI Műszerek és

kellékek: 1 db oszcilloszkóp 1 db függvénygenerátor 1 db impulzusgenerátor 1 db tápegység 1 db digitális multiméter 1 db mérődoboz, ami 7400, 7476, 7490, 7492, 7493, 74192 és 74167 IC-ket, továbbá szintjelző LED-eket tartalmaz, továbbá 1 db mérőpanel HCF 4029B CMOS áramkör számára Számlálóknak nevezzük az olyan szekvenciális áramköröket, amelyek a kimeneteiken kódolt formában kijelzik a bemenetre (az órajel-bemenetre!) érkezett impulzusok számát. A számlálókat többféle szempontból csoportosíthatjuk: a kódolás szerint megkülönböztethetők a bináris, a BCDtípusú, vagy egyéb, tetszőleges kódban működő számlálók, a számlálási irány alapján előre, hátra, vagy kétirányú számlálók léteznek, továbbá a működési mód szerint a szinkron és az aszinkron – illetve a vegyes szinkron-aszinkron – rendszerek különböztethetők meg. A legtöbb kész integrált áramkör 4 bites számlálót tartalmaz, amely

maximálisan 15-ig (1111) képes számlálni. Több bites vagy több digites számlálási igény esetén ezeket az alapáramköröket rendszerint kapukkal kiegészítve sorba kapcsolják. A számlálók legtöbbje mind törlő (Reset, Clear) mind beíró (Set, Preset) bemenettel ellátott, továbbá az ún. a programozható számlálók programozó bemenetekkel is rendelkeznek Valamennyi számláló alkalmazható frekvenciaosztóként: ebben az esetben csak az utolsó, vagyis a legnagyobb helyi értéket figyeljük, míg a frekvenciaosztó áramkör csak akkor volna alkalmazható számlálóként, ha - értelemszerűen – a számláncot képező valamennyi tároló kimenetét is kivezetnénk. Mérésünk során néhány jellegzetes TTL számláló-, ill. frekvenciaosztó áramkört és egy CMOS számlálót fogunk megvizsgálni. - 58 - 5.1 Az SN 7493 aszinkron bináris számlálóáramkör vizsgálata A 7493 áramkör 2-es, 8-as és 16-os osztóként, ill. számlálóként

működtethető Az áramkör felépítése olyan, hogy az IC- tokon belül nincs összekötve az első tároló a következő hárommal, így az első egység külön is használható 2-es osztóként, míg a második egység, ami három tárolóból áll, külön használható 8-as osztóként (vagy számlálóként). Ha 16-os osztó vagy 16-ig számláló módban kívánjuk működtetni az áramkört, akkor kívül össze kell kötni a QA kimenetet a CB bemenettel, vagyis a B-tároló órajel-bemenetével. Az 51 ábra az IC tok-bekötési rajzát szemlélteti, a rajzon R01 és R02 a törlőbemeneteket jelenti, CA az első tároló órajel-bemenete és CB a második tárolósor órajel-bemenete. Ez az áramkör nem tartalmaz SET (beíró) bemenetet Az „NC” megjelölés üres IC-lábat (No Contact) jelent. 5.1 ábra - 59 - Mérési feladatok 5.11 Ellenőrizzük először a 2-es osztó, majd a 8-as osztó működését A mérőpanelon C 1,1 felirat jelzi a CA

órajel-bemenetet, és C 1,2 felirat a CB órajel-bemenetet. Az R törlő-bemeneteket a mérőpanelra nem vezettük ki, azokat a panelon belül úgy kapcsoltuk, hogy a működésre nézve hatástalanok legyenek. Adjunk a megfelelő órajel-bemenetre a függvénygenerátorból 10 kHz körüli jelet a TTL kimenetről. A bemeneti jelet kapcsoljuk rá az oszcilloszkóp egyik csatornájára is, míg a második csatornára adjuk rá a vizsgálni kívánt Q kimenet jelét. A két jel együttes vizsgálata alapján igazoljuk a megfelelő osztásarány helyességét! Rajzoljuk le a jelalakokat! 5.12 Készítsünk 16-os osztót és ellenőrizzük a működést az előbbi feladatban leírtak szerint Vizsgáljuk meg az oszcilloszkópon a QB, QC és a QD kimeneteket is az órajellel összevetve. Rajzoljuk le a kapott jelalakokat! 5.2 Programozható frekvenciaosztó (SN 74167) vizsgálata Az SN 74167 áramkörből annak megfelelő programozásával 2-től 9-ig terjedő, bármilyen osztásarányú

osztókat készíthetünk. Az osztás képlete: f ki = M f be 10 (1) ahol fki a kimeneti jelfrekvencia és fbe a bemeneti (órajel) frekvencia. M jelenti az osztásarányt, amit a programozó bemenetekkel állíthatunk be: M = DI ⋅ 2 3 + CI ⋅ 2 2 + BI ⋅ 21 + AI ⋅ 2 0 (2) A képletben 2 hatványai a helyi értékeket jelzik. Például, ha a DI bemenetre 0-t, a CI-re 1-et, a BI-re 0-t és az AI-re 1-et adunk, akkor a 0101 számot, vagyis az 5-öt írtuk be. Az osztásarány ekkor 5/10 = 0,5 lesz, vagyis 10 db bemeneti impulzus hatására 5 db impulzus jelenik meg a kimeneten. Megjegyezzük, amennyiben M ≥ 9 számot állítunk be, akkor az osztásarány 1/8-ad, ill. 1/9-ed lesz (ld katalógus) Az SN 74167 frekvenciaosztó a szokványostól eltérő módon végzi el a bemeneti jelsorozat leosztását. Ha pl M = 0001-et (a bináris 1-et) állítunk be, akkor 10 db bemeneti impulzus esetén egyetlen impulzus jelenik meg a kimeneten. Ha azonban M = 0011 (bináris 3), akkor a 10

db bemeneti jel hatására 3 db impulzus lesz a kimeneten. Mondhatjuk tehát, hogy „minden 10-re 1-et, - 60 - ill. minden 10-re 3-at, stb” ad úgy, hogy a felesleges impulzusokat egyszerűen kihagyja, helyükön L-szint jelenik meg! Az IC tokbekötését az 5.2 ábra szemlélteti A panelon csak azok a lábak vannak kivezetve, amelyeket használunk. Ezek jelentése: Cp - órajelbemenet DI, CI, BI, AI - programozó bemenetek ST - kapuzó bemenet (L-szintre kötve engedélyezi a működést) R - törlőbemenet (L-szintre kötve engedélyezi a működést) ENI - engedélyezés (L-szintre kötve engedélyezi a működést) S9 - számlálóállás beírás (L-szintre kötve engedélyezi a működést) K1 - kaszkád bemenet (nem használjuk) QZ, QY, ENQ - kimenetek 5.2 ábra A QY és a QZ kimenetek abban különböznek egymástól, hogy a kimeneti jelsorozatot egymáshoz képest negálva jelenítik meg. M=0 beírásnál (ami 0-val való szorzást jelentene) a QY-on L-szint, míg a

QZ kimeneten H-szint jelenik meg. Erről a mérés során meggyőződhetünk! Az ENQ kimeneten valamennyi beállítás esetén egyetlen impulzus jelenik meg. Mérési feladatok: 5.21 Állítsuk össze a kapcsolást: a felsorolt vezérlő bemenetekre (ST, R, ENI, S9) kapcsoljuk Lszintet, A Cp órajel-bemenetre csatoljuk rá a függvénygenerátor TTL kimenetét, és ugyanezt a jelet kapcsoljuk rá az oszcilloszkóp egyik csatornájára is (bemeneti jel). Az oszcilloszkóp - 61 - másik csatornájára adjuk QZ vagy a QY kimenetet (kimeneti jel). Állítsuk be a DIAI programozó bemenetek segítségével M értékét 1 és 9 között valamilyen értékre a (2) képlet szerint. Ellenőrizzük az oszcilloszkóp segítségével a beállítás helyességét. Rajzoljuk le a képernyőn látható két csatorna jelalakjait, és ezek alapján ellenőrizzük az osztásarány helyességét. Legalább háromféle M értékkel végezzük el a méréseket! Ellenőrizzük, hogy a QZ és a QY

valóban egymás negáltját adja-e? Nézzük meg az ENQ kimeneten látható jelet is! 5.3 Az SN 7490 vizsgálata decimális számlálóként és tetszőleges osztásarányú osztóként Az SN 7490 áramkör aszinkron decimális számláló, ami 1 db 2-es és 1 db 5-ös osztóból (számlálóból) áll. Az áramkör tokbekötési rajzát az 53 ábra közli 5.3 ábra CA jelenti a 2-es osztó órajel-bemenetét és C/BD az 5-ös osztó órajel-bemenetét. Ha 10-es osztóként (ill. 09-ig számlálóként) kívánjuk alkalmazni az áramkört, akkor a QA kimenetet össze kell kötni a C/BD bemenettel és az órajelet a CA bemenetre adni. Az R01 és az R02 törlőbemenet, ha ezek H-szinten vannak, akkor valamennyi kimenet L-szintre kerül. A működés engedélyezéséhez ezek valamelyikét (vagy mindkettőt) L-szintre kell kapcsolni. Az R91 és R92 bemenetek az ún LAMP TEST (lámpavizsgálat) funkciót valósítják meg, ha mindkettő H-szinten van, akkor a bináris 9 (1001) jelenik meg

a kimeneteken. A működés engedélyezéséhez valamelyiket (vagy mindkettőt) L-szintre kell kötni. - 62 - Mérési feladatok: 5.31 Kapcsoljuk össze a C/BD és a QA kivezetéseket, vagyis készítsünk 10-es számlálót A Qkimeneteket kapcsoljuk a LED-sorra ügyelve arra, hogy a QA kimenet felel meg a legkisebb helyi értéknek! Adjunk a C/A jelzésű bemenetre függvénygenerátorból lassú, kb. 12 Hz-es jelet, és kövessük a LED-soron a számlálási sort. Készítsük el a számláló működési táblázatát Ellenőrizzük az R0 és R9 bemenetek hatását. 5.32 Növeljük az órajel frekvenciáját 10 kHz körüli értékre Az oszcilloszkóp egyik csatornájára vigyük fel az órajelet, és a másik csatornára rendre a QA, QB stb. kimeneteket Rajzoljuk le a jelalakokat és igazoljuk az előző méréssel felvett működési táblázat helyességét. 5.33 Tetszőleges osztásarányú frekvenciaosztó készítése Amennyiben az R01 és R02 törlőbemeneteket is

vezérlésre használjuk fel, tetszőleges osztásarányú osztó készíthető. A 2, 5 és 10 osztásarány megvalósítása értelemszerű (miért?). A többi osztásarányt az 5.1 táblázat szerinti kapcsolásokban valósíthatjuk meg Figyelem! A működéshez az R91 vagy az R92 bemenetre minden esetben L-szintet kell adni! 5.1 táblázat Osztásarány Bemenet Kimenet Összekötendő bemenetek 3 C/BD QC R01 – QC és R02 - QB 4 C/BD QC R01 – R02 - QD 6 CA QC C/BD - QA és R01 - QB és R02 - QC 7 C/BD QA QD - CA és R01 - QA és R02 - QB 8 CA QC C/BD - QA és R01 - R02 - QD 9 CA QD C/BD - R01 - QA és R02 - QD Megjegyzés a táblázathoz: ahol a táblázatban az összekötendő bemeneteknél „és” szerepel, ott külön kell összekötni a kötőjellel összekapcsolt bemeneteket. Pl a 3-as osztásarány elérésénél: összekötjük az R01-et a QC-vel, majd összekötjük az R02-t a QB-vel. E két csoportot azonban egymással már nem kell

összekötni! - 63 - Valósítsunk meg a fenti osztásarányok közül legalább kétfélét, és rajzoljuk le az oszcilloszkópon látható jelalakokat az előbbiek szerint. 5.4 Az SN 7492 vizsgálata frekvenciaosztóként és számlálóként Az SN 7492 áramkör 1 db 2-es és 1 db 6-os osztót tartalmaz. Tokbekötése az 54 ábra szerint. 5.4 ábra CA felel meg a 2-es osztó bemenetének, ha ennek QA kimenetét a CBC órajel-bemenetre kötjük, akkor 12-es osztót (számlálót) kapunk. Az R01 és R02 törlőbemenetek H-szint esetén a kimeneteket L-szintre állítják be, és csak akkor lesznek hatástalanok, ha legalább az egyiket Lszintre kötjük. Mérési feladatok: 5.41 Vizsgáljuk meg az áramkört 2-es, majd 6-os osztóként úgy, hogy a megfelelő órajelbemenetre 10 kHz körüli frekvenciájú jelet adunk a függvénygenerátorból Vigyük fel az oszcilloszkóp egyik csatornájára az órajelet, és a másik csatornára a kimeneti jelet. Rajzoljuk le a kapott

jelalakokat az előbbiek szerint. Ellenőrizzük az R0 bemenetek hatását 5.42 Vizsgáljuk meg az áramkört 12-ig számlálóként az előző feladatokban leírtak szerint Most is rajzoljuk le az oszcilloszkópon látható kimeneti jeleket! 5.43 Maradjunk a 12-es számláló kapcsolásánál, azonban a kimeneteket vezessük a LED-sorra, és az órajel-bemenetre adjunk lassú, 12 Hz-es jeleket. Készítsük el a számláló működési táblázatát, leolvasva a LED-ekről a számlálási sort. Figyelem! Ez a számlálási sor nem követi - 64 - sem a 8-4-2-1 súlyozású BCD kódot, sem a bináris kódot. Kíséreljük meg magyarázattal megindokolni ezt a körülményt! 5.5 Párhuzamos beírású előre-hátraszámláló vizsgálata Párhuzamos beírás, továbbá előre-hátraszámlálás valósítható meg az SN 74192, ill. az SN74193 számláló áramkörökkel. Az SN 74192 kapcsolási rajzát az 55 ábra szemlélteti 5.5 ábra Az SN 74192 egység szinkron decimális

előre-hátraszámlálót tartalmaz, míg az SN 74193 integrált áramkör szinkron bináris előre-hátraszámlálót tartalmaz. Mindkét áramkör rendelkezik párhuzamos beírást fogadó bemenetekkel. A párhuzamos beírási lehetőség azt jelenti, hogy a számlálási sornak nem szükséges a nullánál kezdődnie (ahogyan ez a Reset bemenetekkel beállítható), hanem bármilyen, a számlálási sorban szereplő értéktől kezdve elindíthatjuk a számlálást. A mérőpanelon e két áramkör valamelyikét találjuk meg Az 5.5 ábra áramkörének kivezetései a következők: R - törlőbemenet, L-szint esetén engedélyezi a működést CE – órajel-bemenet, amit előreszámlálás esetén kell használni CH – órajel-bemenet, amit hátraszámlálás esetén kell használni QD-QC-QB-QA - kimenetek (QD felel meg a legnagyobb helyi értéknek) AI, BI, CI, DI - aszinkron beíró-bemenetek - 65 - PE - az aszinkron beíró-bemenetek vezérlésére szolgál: ha a PE

bemenet L-szintű, akkor a Q kimeneteken rendre megjelenik az AI, stb. beíró-bemenetekre adott érték Ha a PE bemenet Hszintet kap, a beíró-bemenetek hatástalanok CC és CW kaszkádbemenetek, ha több egységet kapcsolnak össze, akkor használhatók. Méréseink során ez utóbbi két bemenetet nem fogjuk használni. Mérési feladatok: 5.51 Szinkron előreszámláló készítése: kapcsoljuk a kimeneteket a LED-sorra (ügyelve arra, hogy QA a legkisebb helyi érték), adjunk az R bemenetre L-szintet és a CE órajel-bemenetre adjunk a függvénygenerátorból kb. 12 Hz-es jelet Figyelve a LED-soron látható számlálási sort, készítsük el a számláló működési táblázatát, és ennek alapján döntsük el, hogy a panelon lévő áramkör szinkron bináris, vagy pedig szinkron decimális típusú? 5.52 Szinkron hátraszámláló készítése: adjuk most az órajelet a CH bemenetre és végezzük el a vizsgálatokat az előbbiek szerint. Az R bemenettel nullázhatjuk a

számlálót! 5.53 Adjunk a PE vezérlőbemenetre L-szintet Írjunk be a DIAI bemenetekre valamilyen értéket (pl. 0011) és figyeljük meg a kimeneten a LED-ek állapotát Ezután kapcsoljuk a PE bemenetet H-szintre, ekkor az órajel hatására megindul a számlálás, azonban a kezdőérték a beállító-bemenetek megfelelő értéke lesz. Állítsunk be a DIAI bemenetekkel egyéb értékeket is, és ellenőrizzük a működést. 5.6 Tetszőleges kódban működtethető szinkron számláló tervezése és megvalósítása A Digitális technika c. előadás keretében a hallgatók megismerkedtek a tetszőleges kódban működtethető szinkron számlálók tervezésével. Ebben a mérési feladatban JK tárolókból állítunk elő számláncot néhány előre meghatározott kódban való működtetésre. Erre a célra a mérőpanelon 2 db SN 7476 áramkör áll rendelkezésre, amelyek mindegyike 2 db JK tárolót tartalmaz. Így összesen 4 db JK tárolóval dolgozhatunk. Kapuként

a panelon található SN7400 áramkört alkalmazhatjuk, ami 4 db NÉS kaput tartalmaz. (Ha ÉS kaput akarunk megvalósítani, akkor az egyik kaput használjuk inverterként!) Az SN 7476 bekötési rajzát az 5.6 ábra mutatja - 66 - 5.6 ábra Az R és S beállító bemeneteket nem vezettük ki, hanem a panelon belül úgy kapcsoltuk, hogy a működés engedélyezve legyen. A számlánc tervezését lehetőleg a laboratóriumi gyakorlatra való felkészülés során, tehát a mérést megelőzően otthon végezzék el a hallgatók! Szinkron rendszerek esetén – mint ismeretes – valamennyi tároló közös órajelet kap, tehát egyszerre billen. Ahhoz tehát, hogy a tárolók a kívánt sorrend szerint változtassák állapotukat, bemeneteiket letiltani, ill. engedélyezni kell JK-tárolók alkalmazása esetén tehát az képezi a tervezés lényegét, hogy az alkalmazott tárolók J és K bemeneteit hová és hogyan kell kapcsolni A tervezés lépései Elsőként eldöntjük,

hogy milyen számlálási sort kívánunk megvalósítani. Ezeket a számlálási sorokat a továbbiakban közölt Tervezési feladatok közül választhatjuk ki. Ha ismerjük a feladatot, elkészítjük az ÁLLAPOT TÁBLÁZATOT. Az Állapot táblázat az n-edik és az (n+1)-edik időpillanatban érvényes kimeneti szinteket tartalmazza. Példaként tekintsük az 52 táblázatot - 67 - 5.2 táblázat QDn QCn QBn QAn QDn+1 QCn+1 QBn+1 QAn+1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 stb. stb. Miután a fenti táblázatot elkészítettük, nézzük meg a JK-tároló esetére érvényes VEZÉRLÉSI TÁBLÁZATOT (ld. 53 táblázat) 5.3 táblázat Qn Qn+1 Jn Kn 0 0 0 x 0 1 1 x 1 0 x 1 1 1 x 0 Az 5.3 táblázat alapján megállapíthatjuk, hogy milyen vezérlési szintet kell adni a J, ill K bemenetre, hogy a kívánt Qn Q n+1 átmenet bekövetkezzék. Az x szimbólum azt jelenti, hogy a vezérlési szint akár 0, akár 1 lehet

(közömbös vezérlési mód). Mielőtt a tervezést elkezdenénk, gondoljuk végig az 5.2 táblázat helyességét! Miután az Állapot táblázatot elkészítettük, és a Vezérlési táblázatot megértettük, hozzákezdhetünk a tényleges tervezéshez. Értelemszerűen annyi darab tárolóra van szükség, ahány kimenet van. Pl 4 kimenet (4 bites számlánc) esetén 4 db tárolót kell alkalmazni A J és a K bemenetek kapcsolásának tervezése az ún. NEXTSTATE TÁBLÁKKAL történik, amelyek lényegében a jól ismert Karnaugh-tábláknak felelnek meg. Tekintsük példaként az 5.2 táblázatot, és vizsgáljuk meg, hogyan kellene megtervezni az A-tároló JA és KA bemeneteinek kapcsolását. A Nextstate táblát mindig úgy kell elkészíteni, hogy a Qn állapotokkal peremezünk - 68 - Elsőként a 0000 kockát tekintve, a QA n QA n+1 átmenet 0 1 átmenetnek felel meg. Az 53 táblázat alapján a 0 1 átmenet akkor valósul meg, ha a JA bemenetre 1-et

(H-szintet) adunk. Hasonló meggondolással elkészítve a KA bemenet tábláját, ott a 0 1 átmenethez a KA = x (közömbös) állapot tartozik. Kitöltve a táblázatot, hurkokat képezünk A hurokképzésnél a közömbös (x) állapotokat is bevonhatjuk a hurokba, vagyis azokat – értelemszerűen – 1-nek vehetjük. Fontos azonban, hogy csak olyan hurok képezhető, amelyben legalább egyetlen „valódi” 1-es található! Csupa x-ből tehát nem képezhető hurok! Előfordulhat, hogy a tábla csupa 1-eseket és x-eket tartalmaz, vagyis nem található benne 0. Ekkor a tábla egyetlen hurokkal teljesen lefedhető, ami azt jelenti, hogy a kérdéses változó értéke 1 lesz. Ha pl JA =1 adódik, akkor a JA bemenetet H-szintre kell kötni Tervezhetők olyan számlálási sorok is, amelyek rövidebbek annál, ahány sort az adott tárolószámmal elérhetnénk. Pl 011-ig való számlálási sorhoz 4 db tároló kell, azonban nincs szükségünk a 12, 13, 14 és 15

állapotokra. A táblán az ezekhez az értékekhez tartozó kockákba x-et kell írnunk és a fentiek szerint kell eljárnunk. Tervezési feladatok: A tervezési feladatokat a hallgatók a mérésre való felkészülés során végezzék el, és a mérések megkezdése előtt az eredményeket mutassák be a laborvezetőnek. Az alábbi feladatok közül válasszanak ki legalább kettőt, végezzék el a tervezéshez szükséges számításokat, és rajzolják fel a megvalósítandó kapcsolásokat! 5.61 Tervezzen 3 bites bináris előre-számlálót (tehát olyan számlálót, amelyik 07-ig számlál bináris kódban) 5.62 Tervezzen 3 bites bináris hátra-számlálót (tehát olyan számlálót, amelyik 70-ig számlál bináris kódban). 5.63 Tervezzen 4 bites MODULO 5 számlálót az alábbi kódolás szerint: QDn QCn QBn QAn 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 - 69 - 5.64 Tervezze meg az alábbi 4 bites, Aiken-típusú kódban számláló MODULO 8

számlálót az alábbi táblázat szerint: QDn QCn QBn QAn 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 5.65 Tervezzen valamilyen Ön által választott számlálási sorral működő 3 vagy 4 bites számlálót! Mérési feladatok: Valósítsa meg a mérőpanelon a megtervezett számlálók kapcsolását! A kimeneteket vezesse a LED-sorra, és lassú impulzusokkal vizsgálva igazolja a tervezés helyességét. Az elkészített kapcsolásokat mutassa be a laborvezetőnek! 5.7 CMOS számláló vizsgálata A HCF 4029B általános célú 4 bites számlánc, ami megfelelő vezérléssel előre vagy hátra számlálóként működik, továbbá használható bináris kódban, vagy pedig 8-4-2-1- súlyozású BCD kódban működő számlálóként is. Az egység – az előző feladatban vizsgált számlánchoz hasonlóan – párhuzamos beírási lehetőséggel is rendelkezik. Az áramkör tokbekötési rajzát a 57 ábra közli, míg a

funkcionális bekötési rajzot a 5.8 ábra adja meg - 70 - 5.7 ábra Bemenetek Kimenetek Kiválasztó 5.8 ábra Az áramkör CLOCK (órajel) bemenetére adjuk az órajelet, míg a JAM 4JAM 1 bemenetek a párhuzamos beírásra szolgálnak (JAM 1 fogadja a legkisebb helyi értéket!). Az előre, - 71 - ill. a hátra számlálás az UP/DOWN bemenettel választható ki: H-szint esetén előre számlálás, míg L-szint esetén visszafelé számlálás történik. A bináris, ill a BCD kódban való számlálás a BINARY/DECADE bemenettel választható ki: H-szint esetén bináris kódban, míg L-szint esetén BCD kódban számlál az áramkör. A CARRY IN bemenet, ill a CARRY OUT kimenet átvitel továbbítására, ill. fogadására alkalmas Ezeknek a hozzáféréseknek az összekapcsolásával a számlálóegységek láncba kapcsolhatók, és így többdigites számláló készíthető. A PRESET ENABLE (PE) bemenettel a számlánc működése letiltható, ill. a kimenetek

nullázhatók A számlálási kódok a Q4Q1 kimeneteken jelennek meg úgy, hogy Q4 felel meg a legnagyobb helyi értéknek, ill. Q1 a legkisebb helyi értéknek Mérési feladatok: 5.71 Adjunk a +Ut banánhüvely-sorra +5 V-ot és a GND banánhüvely-sorra kapcsoljuk rá a tápegység (-) kimenetét. Adjunk L-szintet a PE bemenetre, a CIN bemenetre és a JAMbemenetekre (mind a négyre) Adjunk az UP/DOWN bemenetre is és a BIN/DEC bemenetre is H-szintet. Adjunk az órajel-bemenetre az impulzusgenerátorból kb 10 kHz-es négyszögjelet (pontosan beállított 5 V amplitúdóval!) és ezt a jelet vezessük rá az oszcilloszkóp egyik csatornájára is. A másik csatornára rendre kapcsoljuk rá a Q1, , Q4 kimeneteket, és rajzoljuk le a jelalakokat. 5.72 Maradjunk az előző beállításban, és a kimeneteket vezessük rá az előző feladatokhoz használt mérődoboz LED-sorára figyelembe véve, hogy melyik a legkisebb, és melyik a legnagyobb helyi érték. Adjunk az órajel-bemenetre

lassú, néhány Hz-es négyszögjelet, hogy szemünkkel is követni tudjuk a számlálási sort. Ellenőrizzük az előreszámlálást, a hátra számlálást, valamint a bináris kódban majd a BCD kódban történő számlálási sorokat. 5.73 Adjunk a PE bemenetre továbbra is L-szintet, és a CIN bemenetre H-szintet Mit tapasztalunk? Adjunk most a PE bemenetre H-szintet, és a C.IN bemenetre L-szintet Mit tapasztalunk? 5.74 Ellenőrizzük a párhuzamos beírást A kimeneteket kapcsoljuk a LED-sorra, és lassú impulzusokkal ellenőrizzük a számlálást. Adjunk a PE bemenetre H-szintet és a CIN bemenetre L-szintet. Ezt követően beírható a párhuzamos hozzáférés Például adjunk a JAMbemenetekre 0011 szinteket Ha helyesen állítottuk össze a kapcsolást, akkor a LED-soron is - 72 - a 0011 kód jelenik meg. Adjunk a PE bemenetre L-szintet, ekkor megindul a számlálás úgy, hogy a kezdő érték nem 0000, hanem 0011. Ellenőrizzük a működést más kezdeti

értékekkel előre vagy hátraszámlálásnál, ill. bináris vagy BCD kód mellett is 5.75 Térjünk vissza az 571 feladat összeállításához, azonban az oszcilloszkóp második csatornájára most a CARRY OUT kimenetet vezessük rá. Rajzoljuk le a kapott jelalakot mind bináris, mind BCD beállítás esetén. (Az oszcilloszkópos vizsgálatoknál mindegy, hogy előre, vagy hátraszámlálást állítunk be!). BCD kód esetén (tehát 10-ig számlálásnál) minden tizedik impulzusra ad egy impulzust a CARRY OUT kimenet. Ezért, ha ezt a kimenetet rákötnénk egy másik számláló-IC CARRY IN bemenetére, a második IC már csak minden tizedik órajelet számlálná. Ha egy harmadik számláló-IC-t is láncba kapcsolnánk, akkor az már csak minden századik órajelet számlálná, és így tovább. Megjegyezzük, hogy több számláló-IC alkalmazása esetén valamennyi számláló órajelét közösíteni kell, tehát szinkronszámláló egységet alakíthatnánk ki!

Ellenőrizzük a fent elmondott működést. Mit tapasztalunk, ha bináris kódban számol az áramkör? - 73 - 6. ABEL SZIMULÁCIÓS GYAKORLAT A mérést összeállította és kidolgozta: Aggod József főiskolai adjunktus A mérés megértéséhez javasoljuk gondosan elolvasni a Bevezetésben említett easyABEL című jegyzetet. A házi feladatnak kiadott feladatokat otthon oldja meg! A felkészüléshez hozzátartozik az előadáson a PLA témakörben elhangzottak megtanulása is! A program használata A rendszer inicializálásához a számítógép bekapcsolása után adja ki NEM Norton Commander alatt az abel4ini utasítást! ABEL4INI.BAT 1998 Apr 3 @echo off if not %ABEL4DEV%== goto foly set ABEL4DEV=C:DATAIOLIB4 set ABEL4DB=C:DATAIOLIB4DEVICES set DB DICT=C:DATAIOLIB4DBASE PATH C:DATAIO;%PATH% :foly C: cd DATAIOMUNKA Ezzel bekerült a C:DATAIOMUNKA directoryba, itt fog majd dolgozni. Itt az összes feladat 2 példányban található meg, a véletlen átírásokat

megelőzendő. Az eredeti verzió ab kiterjesztésű, ezt kell a copy *.ab *.abl utasítással átmásolni a munkafile-já A gyári mintafile-ok a C:DATAIOAHDL directoryban vannak. Ezek átmásolásánál ügyeljünk arra, hogy az attribútumok közül a ReadOnly-t töröljük, mert különben nem tudjuk majd megeditálni őket ( attrib -r file.név ) A program indítása: abel4 cimd.abl Ekkor "rövid" várakozás után bejutunk a rendszerbe, és rögtön az első példát láthatjuk. Ha valakinek van saját kedvenc texteditora, akkor azt az Edit My Text Editor utasítással beírhatja. (A kötőjel almenüpontot jelöl) A program használatát meggyorsítja, hogy a View menüpont alatt, ha valamit meg akarunk nézni, akkor az összes hozzá szükséges program - 74 - automatikusan lefut (természetesen csak a már létező beállítások alapján). A programból érdemes a File - Save and Exit utasítással kilépni, a beállítások elmentése végett (.aop file)

A .abl file néhány tulajdonsága: Nem szereti az ékezetes betűket, kivéve a " -tel kezdődő comment sorokban. Logikai függvények: ! NOT, & AND, # OR, $ XOR . Ez egyben a prioritási sorrend is 1. Példa CIMDABL CIMD.ABL 1998 Apr 16 " 1998.0403 - 19980416 module cimd title 2 to 4 cimdekoder Aggod Jozsef Kando Kalman Muszaki Foiskola 1998 Apr 4 1. PÉLDA " 4 darab közös adatbuszra csatlakozó (párhuzamosan kapcsolt) " memória címdekóderének megtervezése. " " A feladat leírása: Az A0 és A1 címvezetékekkel vezérelve a 4 memóriából " mindig csak 1 CSxN jele lehet aktív (alacsony szintű). Az áramkörnek van " egy engedélyező bemenete is: CSN (Az N a nevek után az alacsony aktív " szintre utal.) " Az áramkör igazságtáblázata: " CSN A0 A1 CS0N CS1N CS2N CS3N " 0 0 0 0 1 1 1 " 0 0 1 1 0 1 1 " 0 1 0 1 1 0 1 " 0 1 1 1 1 1 0 " 1

X X 1 1 1 1 " " Házi feladat: a leírás alapján otthon tervezze meg az áramkört! " - Írja fel az egyes kimenetekhez tartozó egyenleteket! " - Rajzolja fel a kapcsolást! " A tervezés menete: " 1. A szükséges lábszám és a funkció alapján a megfelelő PAL eszköz - 75 - " kiválasztása. Az eszközök kiválasztásához segítséget kaphatunk a " Help - Devices menüpontnál. Mi a P14H4-et választottuk ki, leírása " az easyABEL jegyzet végén megtalálható. Bekötése PLCC tokozásnál: cimd device P14H4; " c " s a a c " n 1 0 c 3 2 1 20 V " " 19 " " 4 18 5 17 cs3n 6 16 cs2n 7 15 cs1n 8 14 cs0n " " " P14H4 " " " " " " " 9 10 11 12 13 " G " N " D " 2. Az áramkör kimeneteinek és bemeneteinek hozzárendelése az IC megfelelő lábaihoz: declarations cs0n, cs1n,

cs2n, cs3n pin 14, 15, 16, 17; a0,a1,csn pin 1, 2, 3; " 3. A kimenetek és a bemenetek kijelölése (Mint látható, az utasítások ; -vel vannak lezárva) H,L,X,Z = 1,0,.X,Z; select [csn, a0, a1]; = outputs = " A jeltípusok definiálása [cs0n, cs1n, cs2n, cs3n]; 4. A működés leírása történhet igazságtáblával vagy egyenletekkel, " illetve szekvenciális áramköröknél átmeneti táblával. - 76 - truth table ( [csn, a0, a1]->[cs0n, cs1n, cs2n, cs3n]) [ 0 , 0, 0]->[ 0 , 1 , 1 , 1 ]; [ 0 , 0, 1]->[ 1 , 0 , 1 , 1 ]; [ 0 , 1, 0]->[ 1 , 1 , 0 , 1 ]; [ 0 , 1, 1]->[ 1 , 1 , 1 , 0 ]; [ 1 , X, X]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; " 5. A szimuláció lépéseinek definiálása: [bemeneő jel]->[várt kimenet]; " Tesztkészítésnél a gyorsabb bemérés miatt általában fontos a teszt " rövidsége. Itt most egy teljes tesztet láthatunk: test vectors Teszt a címdekóderhez ( [csn, a0,

a1]->[cs0n, cs1n, cs2n, cs3n]) [ 1 , 0, 0]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; [ 1 , 1, 0]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; [ 0 , 0, 0]->[ 0 , 1 , 1 , 1 ]; [ 0 , 0, 1]->[ 1 , 0 , 1 , 1 ]; [ 0 , 1, 0]->[ 1 , 1 , 0 , 1 ]; [ 0 , 1, 1]->[ 1 , 1 , 1 , 0 ]; [ 1 , 0, 1]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; [ 1 , 1, 1]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; end " A program használatának lépései: " A./ Fordítás: Compile - Options ((.) Standard List) " Ha hiba van, akkor azt a View menüpontban megnézhetjük. " Az áramkör kiindulási egyenletei: View - Compiled Equations " Rögtön szimuláljuk is le az egyenleteket: " View - Simulation Results " (A szimulációs eredmények többféle formában megjeleníthetők. " Javaslom kipróbálni a (.) Wave Format és a () Table Format " alakokat. Ezek a Compile - Trace Options alatt találhatók) " B./ Az egyenletek optimalizálása: Optimize - Reduce " Érdemes

bejelölni: Optimize - Options ([X] Quine McCluskey Reduction) " Az eredmény megtekinthető: View - Optimized Equations " Ezt is ellenőrizzük le szimulációval! " Feladat: Az egyenletek alapján rajzolja meg az áramkör kétféle " kapcsolását! Az egyik az AND-OR mátrixos megvalósítás, a másik - 77 - " pedig az AND-NOR-os. " (A Reverse-polarity Equations: !cs3n = a0 & a1 & !csn; " sor jelentése: A cs3n jelet egy 3 bemenetű NAND kapu valósítja " meg, aminek a bemeneteire a0, a1 és csn negáltja van kötve.) " Megjegyzés: Ha a leírás egyenletekkel történt, és az egyenletekben " a hazárdok kiküszöbölésére direkt redundáns részeket hagytunk, " akkor ezek kioptimalizálása megelőzhető a " Compile - Options ([X] Retain Redundancy) " Optimize - Options ((.) No Reduce, Merge Only) kijelöléssel , vagy az " C./ A programozó file elkészítése: PartMap - FPGA

" (Options: Long Document, PLCC Chip Diagram) " A View - JEDEC/PROM Fuse File menüpont alatt figyeljük meg például " a cs3n = ( !a0 # !a1 # csn ); egyenlet megvalósítását! " A cs3n a 17. lábra csatlakozik, programozása az ÉStermek " előállítására a 0, 28, 56, 84 -es sorokban történhet " (jegyzet 25.oldalának ábrája) Ezek VAGY kapcsolata adja ki " a cs3n függvényt. " NOTE PINS cs0n:14 cs1n:15 cs2n:16 cs3n:17 a0:1 a1:2 csn:3* " L0000 1110111111111111111111111111* " L0028 1011111111111111111111111111* " L0056 1111011111111111111111111111* " A 0. sorban a 4 biztosíték van bejelölve, vagyis az 1 ÉSterm-re " az 1. láb negáltja jut (!a0) " A 28. sorban a 2 biztosíték van bejelölve, vagyis a 2 ÉSterm-re " az 2. láb negáltja jut (!a1) " Az 56. sorban az 5 biztosíték van bejelölve, vagyis a 3 ÉSterm-re " az 3. láb jele jut (csn) " A 84. sorban egyik

biztosíték sincs bejelölve, vagyis a 17 láb " 4. ÉSterm-je nincs felhasználva " Feladat: Hasonlóan írja le a 16. láb programozását! " A cimd.doc file-ban a programozás más formátumban is látható: - 78 - " ==== P14H4 Fuse Map ==== " 0 10 20 " 0: ---X------ ---------- -------- " 28: -X-------- ---------- -------- " 56: ----X----- ---------- -------- " 112: ---X------ ---------- -------- " 140: X--------- ---------- -------- " 168: ----X----- ---------- -------- " 224: --X------- ---------- -------- " 252: -X-------- ---------- -------- " 280: ----X----- ---------- -------- " 336: --X------- ---------- -------- " 364: X--------- ---------- -------- " 392: ----X----- ---------- -------- " D./ Végül nézze meg a View - PLDMAP Report -ot (cimddoc file), a " DOS-ba kilépve pedig a keletkezett file-okat! Feladat: A mintapélda alapján tervezzen

egy olyan CIMD2 nevű áramkört, amely két memóriaáramkör vezérlését végzi a CIMD-nél leírtaknak megfelelően! A felhasználandó eszköz kiválasztásához a programtól is kaphatunk segítséget; akinek sok ideje van, az kipróbálhatja az autodev.abl kapcsán (ez megegyezik az 1 példával, csak nincs előre eszköz megadva). 2. Példa AUTODEVABL AUTODEV.ABL 1998 Apr 16 module autodev title 2 to 4 cimdekoder Aggod Jozsef Kando Kalman Muszaki Foiskola 1998 Apr 4 @alternate " " 2. PÉLDA 4 darab közös adatbuszra kötött (párhuzamosan kapcsolt) " memória címdekóderének megtervezése automatikus eszközválasztással. " A feladat leírása: Az A0 és A1 címvezetékekkel vezérelve a 4 memóriából " mindig csak 1 CSxN jele lehet aktív (alacsony szintű). Az áramkörnek van " egy engedélyező bemenete is: CSN (Az N a nevek után az alacsony aktív - 79 - " szintre utal.) " Az áramkör igazságtáblázata: "

CSN A0 A1 CS0N CS1N CS2N CS3N " " 0 0 0 0 1 1 1 " 0 0 1 1 0 1 1 " 0 1 0 1 1 0 1 " 0 1 1 1 1 1 0 " 1 X X 1 1 1 1 " " 2. Az áramkör kimeneteinek és bemeneteinek hozzárendelése az IC " megfelelő lábaihoz: " Itt eszközfüggetlen a leírás, ezért a kimenő lábaknak meg kell adni " a típusát, amúgy konkrét eszközlábnál magától is tudná. declarations cs0n, cs1n, cs2n, cs3n pin a0,a1,csn pin; istype com; "kombinációs kimenet " 3. A kimenetek és a bemenetek kijelölése " A jeltípusok definiálása H,L,X,Z = 1,0,.X,Z; select [csn, a0, a1]; = outputs = [cs0n, cs1n, cs2n, cs3n]; " 4. A működés leírása történhet igazságtáblával vagy egyenletekkel, " illetve szekvenciális áramköröknél átmeneti táblával. truth table ( " [csn, a0, a1]->[cs0n, cs1n, cs2n, cs3n]) [ 0 , 0, 0]->[ 0 , 1 , 1 , 1 ]; [ 0 ,

0, 1]->[ 1 , 0 , 1 , 1 ]; [ 0 , 1, 0]->[ 1 , 1 , 0 , 1 ]; [ 0 , 1, 1]->[ 1 , 1 , 1 , 0 ]; [ 1 , X, X]->[ 1 , 1 , 1 , 1 ]; Itt próbaként hiányzik a test vectors megadás, ilyenkor az " igazságtáblát használja a szimulációhoz. end Az automatikus eszközválasztás módja a következő: - 80 - 1. SmartPart ModifyCriteria menüben lehet beállítani az eszközválasztás szempontjait Itt érdemes kitölteni a Report File Name: név.chp (itt lesz a lista), és a Report Sort Order: price speed sort. Használjuk szorgalmasan a HELP-et! 2. Database Search indítja a keresést 3. Fit from List File ellenőrzi a kiválasztott eszközöket 4. View - Device Candidates megtekinthetjük az esélyes áramkörök neveit. (Ha részletesebb ismertetésre vagyunk kiváncsiak akkor nézzük meg az előbb készített név.chp file-t) Válasszunk egy eszközt! 5. SmartPart Options Device -ba írjuk be a kiválasztott eszköz nevét! 6.

Futtassuk a Fit programot, ami hozzárendeli a jelvezetékeket az eszközlábakhoz! A kersesés felgyorsítható, ha kiadjuk a set ABEL4DB=C:DATAIOLIB4MINI utasítást. Ilyenkor egy csökkentett tartalmú adatbázisban keres. 3. Példa BCD7ABL (alternatív) 1998 Apr 16 BCD7.ABL module BCD7 title seven segment display decoder 1 Aug 1990 Walter Bright Data I/O Corp Redmond WA " 3. PÉLDA (alternatív) a f g b e d c bcd7 device P16P8; D3,D2,D1,D0 pin 2,3,4,5; a,b,c,d,e,f,g pin 13,14,15,16,17,18,19 istype com; " Vektorok definiálása bcd = [D3,D2,D1,D0]; led = [a,b,c,d,e,f,g]; " Figyelje meg, hogy ezzel a fajta leírással milyen könnyű áttérni a " közös katódos LED kijelző használatára; csak az értékeket kell kicserélni! - 81 - " ON,OFF = 1,0; ON,OFF = 0,1; Közös katódos LED kijelzőhöz " Közös anódos LED kijelzőhöz L,H,X,Z = 0,1,.X,Z; @dcset truth table (bcd -> [ a , b , c , d , e , f , g ]) ON,

ON, ON, OFF]; 0 -> [ ON, ON, ON, 1 -> [OFF, ON, ON, OFF, OFF, OFF, OFF]; 2 -> [ ON, ON, OFF, ON, ON, OFF, ON]; 3 -> [ ON, ON, ON, ON, OFF, OFF, ON]; 4 -> [OFF, ON, ON, OFF, OFF, ON, ON]; 5 -> [ ON, OFF, ON, ON, OFF, ON, ON]; 6 -> [ ON, OFF, ON, ON, ON, ON]; 7 -> [ ON, ON, ON, OFF, OFF, OFF, OFF]; 8 -> [ ON, ON, ON, ON, ON, ON, ON]; 9 -> [ ON, ON, ON, ON, OFF, ON, ON]; test vectors (bcd -> [ a , ON, b , c , d , e , f , g ]) ON, ON, ON, OFF]; 0 -> [ ON, ON, ON, 1 -> [OFF, ON, ON, OFF, OFF, OFF, OFF]; 2 -> [ ON, ON, OFF, ON, ON, OFF, ON]; 3 -> [ ON, ON, ON, ON, OFF, OFF, ON]; 4 -> [OFF, ON, ON, OFF, OFF, ON, ON]; 5 -> [ ON, OFF, ON, ON, OFF, ON, ON]; 6 -> [ ON, OFF, ON, ON, ON, ON]; 7 -> [ ON, ON, ON, OFF, OFF, OFF, OFF]; 8 -> [ ON, ON, ON, ON, ON, ON, ON]; 9 -> [ ON, ON, ON, ON, OFF, ON, ON]; 10

-> [ X , X , X , X , X , X , X ]; 11 -> [ X , X , X , X , X , X , X ]; 12 -> [ X , X , X , X , X , X , X ]; 13 -> [ X , X , X , X , X , X , X ]; 14 -> [ X , X , X , X , X , X , X ]; 15 -> [ X , X , X , X , X , X , X ]; ON, end Feladat: Végezze el a szimulációt, és figyelje meg az áramkör működését!