MATERIAL DE LUCRU. József Farkas. Circuite pentru circuite digitale. Interpretarea și pregătirea schemelor de circuit. Denumirea modulului de cerințe:

Conexiuni de circuite digitale. Interpretarea și pregătirea schemelor de circuit Denumirea modulului de cerință: Utilizarea instrumentelor de măsurare, performanța măsurătorilor Numărul modulului de cerință: 396-6 Numărul de identificare și grupul țintă al elementului de conținut: SzT-22-3

U U t t a b U U c t Figura 2. Impulsuri regulate: a) impuls pătrat; b) puls triunghiular; c) un impuls trapezoidal; d) impuls în formă de ferăstrău În cazul unui impuls real (Fig. 3), fiecare schimbare are loc într-un timp finit, deci forma pulsului se apropie doar de forma impulsului ideal. Următoarele notații și definiții sunt utilizate pentru a caracteriza impulsurile reale prezentate în Figura 3:. Amplitudinea impulsului (U) Valoarea maximă a impulsului. 2. Timp de creștere a impulsului (t f) Timpul în care pulsul crește de la.u la 9u. 3. Durata impulsului (t l) Timpul în care pulsul scade de la 9u la u. d t 4. Timpul impulsului (T i), măsurat la 5U amplitudine. 5. Durata perioadei de impulsuri (T) Durata celor două impulsuri, măsurată la 5u. T = T i + T 3

U U ε U U t, 9 U, 5 U, U 6. Depășirea (ε) Raportul dintre Uε și U exprimat în% 7. Căderea acoperișului (ε 2) T i T T Figura 3. Puls real U U U% U U t Raportul dintre U t și U exprimat în%. 2% U 8. Factorul de umplere (α) Relația dintre timpul impulsului și perioada perioadei 9. Frecvența impulsului (repetare) (fi) Ti% și 2 Ti T t fi Ti TT Circuitele impulsurilor pot fi, de asemenea, compuse din elemente discrete, elemente integrate și combinații ale acestora. 4

3. Circuite majore de tehnologie digitală de bază Circuite de modelare a impulsurilor realizate din elemente pasive R-L-C Circuit diferențial În tehnologia de impulsuri, pe lângă semnalul pătrat disponibil, este adesea necesar să se producă impulsuri scurte. În acest scop, folosim circuite de diferențiere care generează impulsuri pe termen scurt (impulsuri de ac) din semnale pătrate (salturi de tensiune). Circuitul de diferențiere este un element simplu R-C, de fapt un divizor de tensiune C-R. Ube C Figura 4. Circuit diferențial Aplicați un impuls dreptunghiular la intrare. Forma tensiunii de ieșire U este determinată de relația dintre constanta de timp și durata impulsului. Căderea de tensiune pe rezistor va fi proporțională cu curentul care curge prin el. Circuit integrator Dacă se schimbă rezistența circuitului de diferențiere și condensatorul, se obține un circuit integrator. Ube R R C Uki Uki Figura 5. Circuitul de integrare Condensatorul C este încărcat de marginea ascendentă a impulsului pătrat de intrare, ceea ce duce la o creștere a tensiunii la condensatorul C. Condensatorul C este tras de marginea de ieșire a impulsului. 5

+UT R2 C2 C R R Q Q2 R4 R3 Q T2 T R6 R5 S -U în Figura 6. Implementarea circuitului multivibratorului bistabil cu tranzistori (a) și porți (b) Multivibrator monostabil S R Q Ca la pasul anterior Nu este clar Figura 7. Tabelul adevărului de stocare RS construit din porți NV Când Fig. 8a. Deoarece unul dintre feedback-urile DC este eliminat și este lăsat doar feedback-ul AC, așa cum se arată în Fig. Circuitul nostru rămâne în această stare stabilă până când este înclinat din această stare de un semnal extern aplicat la intrarea sa. Apoi intră într-o stare instabilă, din care se înclină înapoi la starea sa inițială, stabilă, după timpul specificat de elementele C 2 -R 4. Un multivibrator monostabil poate fi de asemenea implementat folosind circuitele de poartă logică 8b. așa cum se arată în figură. Intrarea x este la un nivel logic în repaus, apoi ieșirea merge la un nivel logic. Dacă intrarea x este mutată la un nivel logic, ieșirea va merge la un nivel ridicat, adică logică, datorită efectului de întârziere al termenului R-C. Timpul de inversare este determinat de rezistorul R și condensatorul C. b Q2 7

+UT Q2 R2 C2 R4 C R3 R Q x R Q T2 T R5 C -U în Figura 8. Implementarea unui multivibrator monostabil cu tranzistoare (a) și porți (b) Multivibrator Astabil Când, conform experienței unui multivibrator monostabil, se elimină și celălalt feedback DC, se obține un circuit care nu are o stare stabilă. A 9a. Examinând circuitul prezentat în Fig. 1, vedem că acesta oscilează periodic între două stări instabile. Acest circuit de înclinare se numește un multivibrator astabil (cu funcționare liberă). Deoarece fiecare dintre feedback-uri are un condensator, condensatoarele de pe ambele părți sunt încărcate alternativ. Acest timp de încărcare este determinat de termenii C -R 3 și C 2 -R 4. În consecință, cele două constante de timp vor fi τ = .7 R 3 C și τ 2 = .7 R 4 C 2. Într-un mod similar, un multivibrator astabil poate fi creat folosind circuite de poartă - invertoare (Figura 9b). Dacă marcajele invertorului sunt înlocuite de proiectarea circuitului invertorului, se obține circuitul 9a. Timpul de înclinare este determinat de rezistențele R și condensatoarele C. Q2 T2 R2 C2 R4 R3 C R T + UT Q + U + U R R b C C Q Q2 a b Figura 9. Implementarea multivibratorului astabil cu tranzistoare (a) și porți (b) Schmitt-trigger 8

+U R A B SAU poarta (SAU) D D2 este Y A B ȘI poarta. Implementarea circuitului (a) și desenul porții AND (b). Placa de adevăr a porții AND din Fig. 2 Implementarea circuitului și desenarea porții OR sunt prezentate în Fig. 3, al cărei semn de adevăr este este prezentat în Fig. 4. De asemenea, este clar din placa adevărată că semnalul apare la ieșirea porții SAU chiar dacă una dintre intrările sale este la un nivel ridicat, adică la un nivel logic. Funcționarea sa poate fi descrisă prin următoarea funcție: Y = A + B, unde adăugarea înseamnă relația SAU. de

+U Invertor A B D D2 R a Y SA poarta Figura 3. Implementarea circuitului poartă SAU (OR) (a) și desen (b) A B Y A B Figura 4. O placă de adevăr OR poartă (SAU) Proiectarea și desenarea circuitului invertorului sunt ilustrate în Figura 5, unde se poate vedea că tranzistorul în comutarea emițătorului împământat este operat în modul de comutare. Funcționarea sa poate fi descrisă de Y A cu următoarea funcție:. O suprapunere deasupra intrării A indică inversarea. Tabelul său de adevăr poate fi văzut în Figura 6. de

+U R NO GATE Y A Y A T -U NO-AND-GATE (NAND) este prezentat în Figura 5. Implementarea circuitului invertorului (a) și desenul (b) Figura 6 din Y. Placă adevărată a invertorului Implementarea circuitului și desenarea porții NAND sunt ilustrate în Figura 7. A 7a. Examinând conexiunea din Fig. 1, se poate vedea clar că o poartă ȘI a fost conectată la intrarea invertorului. Pe baza tabelului adevărului (Figura 8), putem urmări funcționarea acestuia, ceea ce arată că am obținut negarea ieșirii And Gate discutată anterior. Funcționarea sa poate fi descrisă prin următoarea funcție: conexiune, iar suprascrierea este negația. Y A B, unde multiplicare înseamnă AND- b 2

+U A B D D2 R NO-OR gate (NOR) RC T în Fig. 7. Implementarea și desenarea circuitului de poartă NAND A B Y Y Figura 8. NAND Gate Truth Board Implementarea circuitului și desenarea porții NOR sunt ilustrate în Figura 9. A 9a. Examinând conexiunea din Fig. 1, se poate vedea clar că o poartă SAU este conectată la intrarea invertorului. Pe baza tabelului adevărului (Figura 2), putem urmări funcționarea acestuia, ceea ce arată că am obținut negativul ieșirii porții SA discutat anterior. Funcționarea sa poate fi descrisă prin următoarea funcție: conexiune, iar suprascrierea este negația. -U A B NA ND Y A B, unde adăugarea înseamnă OR- b Y 3

+U RC A B D D2 T Y A B NOR Y R a Figura 9. Implementarea și desenul circuitului porții de poartă NOR A B Y -U Figura 2. NOR tabelul justiției b 4

BC 82 Carcasă și conexiune Figura 22. Béla Magyari: O pagină a atlasului tranzistorului și a paginii de incinte și conexiuni Sursa: Béla Magyari: TRANSISTOR ATLAS. Editura Tehnică, Budapesta, 984. 7

Figura 23. O pagină a Atlasului IC digital Béla Magyari: 2 2 Sursa: Béla Magyari-Péter Glofák-Péter Theisz: DIGITAL IC ATLAS. Editura Tehnică, Budapesta, 977. 8

Figura 25. Determinantul codului de culoare al discului Prima parte Determinatorul codului de culoare prezentat în Fig. 25 este potrivit pentru determinarea rezistențelor cu patru indicii de culoare. Primele două semnale dau valoarea numerică a rezistenței, al treilea semnal multiplicator, iar al patrulea magnitudinea toleranței. În consecință, valoarea care poate fi citită din figură este: primul număr: 3, al doilea număr: 7, care trebuie înmulțit cu 37 și al treilea număr, care în acest caz este MΩ. În consecință, valoarea rezistenței este de 37 MΩ. Valoarea toleranței este arătată de al patrulea număr, care este acum ± 0,5%. Dacă aveți de-a face cu o rezistență de valoare mai mare, puteți utiliza cealaltă parte a codului de culoare care îl definește (Figura 26). În acest caz, primele trei cifre dau valoarea numerică a rezistenței, iar a patra cifră va fi multiplicatorul. A cincea și a șasea valoare a rezistenței se găsesc în partea de jos a determinatorului de culoare. În consecință, valoarea rezistenței este: primele trei cifre: 6, 5 și 2, care dă 652, iar aceasta trebuie înmulțită cu a patra cifră, care în acest caz este kω. Valoarea rezistenței este astfel de 652 kω. Figura 26. Codul culorii discului care definește a doua pagină 2

Există, de asemenea, circuite gata făcute în biblioteca programului de simulare Tina, care pot fi testate direct. În același timp, este posibil să se efectueze un studiu de simulare a circuitului pe care l-am proiectat și pregătit. Când porniți programul, interfața cu utilizatorul apare cu bara de instrumente și bara de piese, așa cum se arată în Figura 27. Circuitele pregătite pot fi accesate deschizând biblioteca EXCAMPLES (Figurile 28a și b). Figura 27. Interfața utilizatorului 3 În bibliotecă, selectați circuitul pe care doriți să îl deschideți, în acest caz un circuit format dintr-un circuit integrat 749. Dacă doriți să efectuați un test de simulare, făcând clic pe analiză va apărea o fereastră derulantă în care puteți selecta metoda de testare, care în acest caz va fi analiza tranzitorie (Figura 29) și puteți seta parametrii necesari. Schema de circuit și rezultatul analizei sunt ilustrate în Figura 3. 3 Sursa: TINA pentru Windows The Complete Electronics Lab, versiunea 7.24 DT-DS 22

Figura 28. Deschiderea circuitului Figura 29. Configurarea analizei tranzitorii 23

Figura 3. Schema de cablare și rezultatul analizei În cazul în care dorim să proiectăm și să asamblăm noi înșine un circuit, folosim interfața de utilizator goală unde plasăm fiecare element. După conectarea elementelor, le setăm valorile și efectuăm analiza. MANAGER DE ÎNVĂȚARE. task La locul de muncă, vi se oferă sarcina de a folosi circuite de înclinare pentru a compila un contor binar asincron care contează până la zece. Utilizați programul de simulare Tina pentru proiectare. arată cum funcționează! Soluție Faceți conexiunea și furnizați condițiile de operare necesare 24

Figura 32. Diagrama timpului unui contor asincron de patru biți Implementarea circuitului poate fi văzută în Figura 3, unde putem utiliza o poartă ȘI pentru a ne asigura că numărul începe de la zero după al zecelea impuls. Funcționarea și diagrama contorului sunt ilustrate în Figura 32. Sarcina 2 Locul dvs. de muncă este instruit să implementeze circuitul de contor descris mai sus folosind IC-ul contorului zecimal bidirecțional SN92 sincron. Profitați de numărarea bidirecțională instalând un comutator. Datele din catalogul IC (Fig. 33) și programul de simulare Tina sunt disponibile. Efectuați testul de funcționare a circuitului utilizând programul de simulare. 26

Soluție: Figura 33. SN7492 contor zecimal sincron 4 Catalogul (Fig. 33) poate fi utilizat pentru a conecta pinii IC și pentru a determina nivelurile logice ale fiecărei intrări din tabelul de operații, ceea ce înseamnă că pulsul trebuie direcționat către intrarea COUNT UP și COUNT DOWN intrarea trebuie să fie conectată la nivelul H, adică logică. Când numărați înapoi, cele două intrări sunt schimbate, deci este recomandabil să utilizați un comutator dublu în timpul proiectării. Implementarea circuitului este ilustrată în Figura 34. 4 Sursa: Béla Magyari-Péter Glofák-Péter Theisz: DIGITAL IC ATLAS. Editura Tehnică, Budapesta, 977. 27

Imp QE U Numărare înainte U Numărare înapoi K K CLR SUS JOS ÎNCĂRCARE A B C D QJ QK QL QM U6 CLR SUS JOS ÎNCĂRCARE A B C D U6 a b CO BO QA QB QC QD CO BO QA QB QC QD Figura 34. Numărarea înainte și înapoi QA QB QC QD La marcarea ieșirilor, este recomandabil marcarea continuă, deoarece aceasta separă formele de undă ale celor două stări din diagramă (Fig. 35).

Figura 35. Diagrama de sincronizare a contorului asincron BCD 29

SARCINI DE AUTO EVALUARE. sarcină Elevii de la locul de muncă sunt rugați să le ofere o scurtă introducere în funcțiile de bază ale logicii. Sarcina 2 Elevii vă cer să explicați în ce fel diferă semnul pătrat real de semnul pătrat ideal. Pentru a rezolva, desenați un semn pătrat real și dați caracteristicile sale. Desen: 3

Caracteristici ale impulsului:.) 2.) 3.) 4.) 5.) 6.) 7.) 8.) 9.) Sarcina 3 Supraveghetorul locului dvs. de muncă vă solicită să prezentați studenților practicii funcționarea multivibratorului bistabil și la ieșire la stocarea RS implementată cu porți logice. Realizați o schemă de circuit pentru a testa funcționarea. Sarcina 4 Elevii sunt rugați să deseneze o schemă de circuit a unui declanșator Schmitt și să explice esența modului în care funcționează. 3

Sarcina 5 Supervizorul locului dvs. de muncă vă cere să explicați studenților de acolo structura porții NAND și cum funcționează aceasta. Sarcina 6 Elevii nu pot determina valoarea unui rezistor într-un circuit. Vi se cere să îi ajutați. Rezistența este prezentată în Figura 36. 32

Figura 36. Rezistor colorat Valoarea rezistenței. Sarcina 7 Elevii doresc să deschidă un circuit digital în programul de simulare Tina și vă cer să îi ajutați. 33

Durata măsurată la 5u pentru cele două impulsuri. T = T i + T 6. Raportul de depășire (ε) Raportul Uε la U exprimat în% U U U% 7. Căderea acoperișului (ε 2) Raportul lui Ut față de U exprimat în%. 8. Factorul de umplere (α) Relația dintre timpul impulsului și perioada perioadei 9. Frecvența impulsului (repetarea) (fi) U ε UU t, 9 U, 5 U, UUUU 2 U t% Ti% și 2 TT fi TT i TT i T it T Figura 37. Impuls real 35

Problema 3 + UT R2 C2 C R R Q R4 R3 Q2 T2 R6 -U R5 a Q T Q2 S Figura 38. Implementarea circuitului unui multivibrator bistabil cu tranzistoare (a) și porți (b) O caracteristică a unui multivibrator bistabil este că are două stări stabile și se deplasează în afara acestei stări numai dacă semnalul necesar pentru basculare este aplicat la intrarea sa. 38a. Când circuitul prezentat în Fig. 1 este conectat la tensiunea de alimentare, datorită conducerii unui tranzistor și feedback-ului pozitiv, celălalt tranzistor intră în starea închisă și rămâne în această stare până când acesta este modificat de semnalul aplicat intrării . S R Q Ca și în ritmul precedent Figura 39 nu este clară. Tabelul Adevăr RS din porți NV Fig. 38b. Figura 1 prezintă un multivibrator bistabil implementat cu porți logice, numit și stocare R-S. Aceasta se caracterizează prin faptul că, dacă ambele intrări sunt logice, ieșirea nu va fi clară (Figura 39) b 36

Problema 4 + UT RC2 C RC Ub e T2 R3 R Uki T R2 în Figura 4. Declanșatorul Schmitt și caracteristicile sale de transmisie Un declanșator Schmitt este un circuit de înclinare bistabil (Fig. 4a) care se înclină la o valoare specificată a semnalului de intrare, iar când semnalul de intrare scade, când semnalul atinge o anumită valoare, circuitul de înclinare se înclină înapoi . Circuitul de înclinare nu este înclinat și înclinat înapoi la același nivel de tensiune. Această diferență între cele două niveluri de tensiune se numește tensiune de histerezis, sau pur și simplu histereza circuitului (Fig. 4b), care este dată și de cataloage ca o caracteristică importantă. Declanșatorul schmitt este cel mai frecvent utilizat atunci când forma semnalelor este de așa natură încât nu sunt adecvate procesării directe în tehnologia digitală. Problema 5 A B D D2 R RC T Y + U b A B NA ND Y -U a b Figura 4. Implementarea circuitului și desenarea porții NAND 37

Implementarea și desenarea circuitului sunt ilustrate în Figura 4. A 4a. Examinând conexiunea din Fig. 1, se poate vedea clar că o poartă ȘI a fost conectată la intrarea invertorului. Pe baza tabelului adevărului (Figura 42), putem urmări funcționarea acestuia pe tot parcursul, ceea ce arată că am obținut negativul de ieșire al And Gate discutat anterior. Funcționarea sa poate fi descrisă prin următoarea funcție: conexiune, iar suprascrierea este negația. Y A B, unde multiplicarea înseamnă ȘI- Problema 6 A B Y Figura 42. NAND Gate Drawing and Truth Board Pentru a rezolva această problemă, putem folosi identificatorul codului de culoare cu patru culori, deoarece patru rezistențe sunt prezentate pe rezistorul prezentat în Fig. 43. Figura 43. Rezistor marcat de culoare Cadranele de codare a culorilor sunt setate la culorile de pe rezistor, respectiv (Figura 44), iar apoi valorile sunt citite. Primul număr:, al doilea număr: 5, adică valoarea numerică lizibilă va fi 5, care trebuie înmulțită cu valoarea pe locul trei (). Rezultatul astfel obținut este 5 Ω, adică 5 kω. A patra valoare numerică oferă toleranța de rezistență, care în acest caz este de ± 5%. 38

Sarcina 7 Figura 44. Apelați determinatorul codului culorilor Când porniți programul Tina, interfața utilizatorului apare cu bara de instrumente și bara de piese. Pentru a deschide circuitul, trebuie mai întâi să deschideți directorul EXCAMPLES (Figura 45), aici selectați și deschideți directorul "LOGIC_IC". În bibliotecă, circuitul care urmează să fie deschis este selectat, în acest caz circuitul TSC 749 (Fig. 46). Figura 45. Deschiderea unui director 39

Figura 46. Deschiderea circuitului 4

BIBLIOGRAFIE LITERATURĂ UTILIZATĂ Béla Magyari-Péter Glofák-Péter Theisz: Digital IC ATLAS. Műszaki Könyvkiadó, Budapesta, 977. Béla Magyari: TRANSISTOR ATLAS. Editura Tehnică de Carte, Budapesta, 984. Dr. Ottó Szittya: Introducere în electronică. Centrul de instruire LSI, Budapesta, 996. U. Tietze - Ch. Schenk: Circuite analogice și digitale. Műszaki Könyvkiadó, Budapesta 993. Dr. László Schnell redactor-șef: Tehnologia de măsurare a semnalelor și sistemelor. Műszaki Könyvkiadó, Budapesta, 985. LITERATURĂ RECOMANDATĂ László Hegyesi-László Mihály: Simulare în electronică Editura General Press Budapest, 22. Csovor Kovács: Editura Digital Electronics General Press Budapest, 22. 4

Elementul 22 al conținutului manualului profesional al modulului 396-6 poate fi utilizat pentru următoarele calificări profesionale: Numărul de identificare OKJ al calificării profesionale: Numele calificării profesionale 3 522 Instalator de mașini și echipamente electrice Număr recomandat de ore pentru procesarea conținutului manualului profesional element: 2 ore

Publicația se bazează pe Planul de dezvoltare Noua Ungaria SROP 2.2. 8/-28-2 Realizat în cadrul îmbunătățirii calității și conținutului instruirii. Proiectul este susținut de Uniunea Europeană și cofinanțat de Fondul Social European. Publicat de Institutul Național pentru Educația Profesională și a Adulților 85 Budapesta, Baross u. 52. Telefon: () 2-65, Fax: () 2-63 Editor responsabil: László Nagy, director general