VEILEDNING TIL LABORATORIEØVELSE NR 4

Transkript

1 VEILEDNING TIL LABORATORIEØVELSE NR 4 «SAMMENSATTE DIGITAL KRETSER» FY-IN 204 Revidert utgave Veiledning FY-IN 204 : Oppgave 4 1

2 4 Sammensatte digitalkretser. Litteratur: Millman, Kap. 7. Oppgave: A. ADDISJONSKRETS: Bygge en fulllstendig addisjonskrets. Kontrollere sannhetsverditabellen. B. KODING -- DEKODING: Bruke kretspakken 74LS147 til å danne BCD-kodet signal. Bruke kretspakken 74LS42 til å dekode BCD-signalet. HJELPE-KRETSER: Følgende tre kretser er ferdig oppkoblet: 1) Bryterpanel Bryterpanelet består av 8 SPDT (Single pole double throw) vendere, hver koblet som vist i skjemaet. Hensikten med kretsen er å gi en rask og "ren" overgang mellom standard TTL tilstander. Kretsen er beskrevet i Millman side Figur 1: Prinsippskjema for bryterpanelet. 2) Indikatorpanel Indikatorpanelet består av 8 lysdioder hver koblet som vist i skjemaet. En lysdiode trenger omkring 10 ma for å lyse opp, og det er i meste laget for en LS TTL utgang, spesielt når den er "høy". Vi kan derfor ikke koble lysdioden direkte til den kretsen som skal undersøkes. Figur 2 : Prinsippskjema for indikatorpannelet. Veiledning FY-IN 204 : Oppgave 4 2

3 74LS136 er en XOR port med åpen kollektor utgang. Skjemaet viser at uten ytre tilkobling ligger den ene inngangen høy og den andre lav. Da ligger utgangen høy, slik at lampen er slukket. Hvis vi forandrer tilstanden på en av inngangene, slik at enten begge blir høye eller begge blir lave, så går utgangen lav og lampen lyser. Transistoren står som emitterfølger og sørger for at vi ikke behøver å trekke nevneverdig strøm fra den ytre kretsen for å få den lave inngangen til å skifte til høy. Hver lysdiode-krets har således 2 innganger. Den ene er aktiv høy og merket H. Den tenner dioden hvis spenningen på den er over +1,75 volt. Den andre er aktiv lav og merket L. Den tenner dioden hvis spenningen på den trekkes lavere en 0,9 volt. 3) Sifferviser (display) Måleresultatet fra f. eks. et digitalt voltmeter kan vises som desimale tall ved hjelp av en krets som har 7 lysdioder arrangert i et åttetall-aktig mønster. For å vise måleresultatet på en slik skala, må det først foreligge i instrumentet som et BCD kodet signal. Deretter må BCD koden for hvert siffer dekodes til signaler som tenner de riktige lysdiodesegmentene. Kretspakken F9368 inneholder både dekodekretser og kretser beregnet til å drive 7 segments lysdiode-sifre. Vi har koblet en slik kretspakke sammen med et lysdiode sifferviser på et brett som er beskrevet på fig. 3. Figur 3 : BCD til 7-segment LED Latch/Dekoder/Driver. (F9368) 20 ma/segment, RBI: Ripple Blanking in. RBO: Ripple Blanking out E L: Latch enable, aktiv lav. A, B, C, D: BCD input, aktiv høy. A. Fullstendig addisjonskrets. Les Millmann, kapittel 7-2. En full-add krets har som inngang de to addendene og en menteverdi fra en foregående addisjon, og den må gi ut bitsummen pluss en eventuell menteverdi. Figur 4: Prinsippskjema for addisjonskretsen. Veiledning FY-IN 204 : Oppgave 4 3

4 En slik krets kan realiseres på mange forskjellige måter. Vi skal her bruke en 74LS86, som inneholder 4 XOR porter, og en 74LS00, som inneholder 4 NAND porter. Pinnetilkoblingen for de to kretspakkene er vist i fig.5. Figur 5: Pinnetilkobling for 74LS86 og 74LS00. Skriv opp sannhetsverditabellen for XOR og NAND porter. Resonner igjennom en halv-add krets, og skriv opp sannhetsverdi-tabellen for den. (Siden vi bruker NAND kretser er mentesignalet invertert.) Skriv pinne-nummer på skjemaet før du begynner koblingen. Koble opp de to halv-addene hver for seg først, og kontroller at de virker som de skal. Deretter kontolleres hele addisjonskretsen. Husk +5 volt og jordtilkobling, bruk bryterpanelet til å gi inngangssignal og indikator-panelet til utlesning av resultatet. Lag en fullstendig sannhetsverditabell som i tillegg til inngang og utgang også inneholder mellomverdiene S1, C1 og C2. Bryterpanelet og indikatorpanelet er beskrevet på fig. 1 og fig. 2. B. Koding-dekoding. Les Millman Kap. 7-6, 7-8 og B1. Koding. Et typisk eksempel på koding (encoding) er tilkoblingen mellom et tastatur og en datamaskin. Når man trykker ned en tast, skal det genereres en karakteristisk binær kode som sendes til datamaskinen. I BCD (Binary-Coded-Decimal) koden representeres desimale tall ved at hvert desimalsiffer erstattes med en kombinasjon av 4 binære sifre. La hver av bryterne i bryterpanelet representere et av tallene fra 1 til 8, og bruk kretspakken 74LS147 til å danne den tilsvarende BCD koden (inngang nr. 9 kobles til +5 volt). Pinnetilkobling og funksjonstabell for 74LS147 er gitt i fig. 6. Denne kretsen arbeider etter systemet "aktiv lav". Følgelig må bryterne regnes som "på" når de står i stilling L, og du kan bruke L inngangene på indikatorpanelet. Veiledning FY-IN 204 : Oppgave 4 4

5 B2. Dekoding I et stort system med mange likeverdige enheter, slik som hukommelsesenhetene i en datamaskin, er det hensiktsmessig å kunne aktivere en bestemt enhet ved å sende ut en karakteristisk binær adressekode. Da må man ha kretser som tar imot adressekoden og gjør den om til et signal til den ønskete enheten. En slik prosess kalles dekoding. Bruk kretspakken 74LS42 til å dekode BCD signalet fra 74LS147 til et signal som tenner de enkelte lampene i indikatorpanelet. Siden 74LS147 arbeider med negativ logikk, må du invertere BCD signalene mellom 74LS147 og 74LS42. Dette kan du gjøre med de 4 NAND portene i 74LS00. Pinnetilkobling og funksjonstabell for 74LS42 er gitt på fig 7. Er denne koblingen ekvivalent med en direkte forbindelse mellom bryter og lysdiode? Koble sifferbrettet F9368 via 74LS147 til bryterpanelet (fig. 3), slik at sifferet viser nummeret til den bryteren som står i stilling L. Er resultatet som forventet? H = high level L = low level X = irrelevant Figur 6 : Pinnetilkobling og funksjonstabell for enkoder 74LS147. Data input Adress data output D C B A H H H H H H H H H H H H H X X X X X X X X L L H H L X X X X X X X L H L H H H X X X X X X L H H H L L L X X X X X L H H H H L L H X X X X L H H H H H L H L X X X L H H H H H H L H H X X L H H H H H H H H L L X L H H H H H H H H H L H L H H H H H H H H H H H L Figur 7 : Pinnetilkobling og funksjonstabell for dekoder 74LS42. No. BCD Inut Decimal Otput D C B A L L L L L H H H H H H H H H 1 L L L H H L H H H H H H H H 2 L L H L H H L H H H H H H H 3 L L H H H H H L H H H H H H 4 L H L L H H H H L H H H H H 5 L H L H H H H H H L H H H H 6 L H H L H H H H H H L H H H 7 L H H H H H H H H H H L H H 8 H L L L H H H H H H H H L H 9 H L L H H H H H H H H H H L H L H L H H H H H H H H H H Not H L H H H H H H H H H H H H deci- H H L L H H H H H H H H H H ded H H L H H H H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H = High level L = Low level Veiledning FY-IN 204 : Oppgave 4 5