I oppgave 1 skal det prøves ut en binærteller i en integrert krets (IC). Telleren som skal brukes er SN74HC393N, hvor

Like dokumenter
Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

Oppgave Nr.og navn LABORATORIEØVELSE NR 6 Revidert utgave desember 2014 T. Lindem, K. Ø. Spildrejorde, M. Elvegård

Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

Den analoge verden blir digitalisert

«KLOKKEGENERATOR (OSCILLATOR) OG TELLERKRETSER»

I oppgave 2 og 3 brukes det R 2R nettverk i kretsene. Det anbefales å gjøre denne forberedelsen før gjennomføring av Lab 8.

LABORATORIEOPPGAVE NR 6. Logiske kretser - DTL (Diode-Transistor Logic) Læringsmål: Oppbygning

Analog til digital omforming

Monostabil multivibrator One shot genererer en enkelt puls med spesifisert varighet kretsen har en stabil tilstand

Lab 6 Klokkegenerator, tellerkretser og digital-analog omformer

VEILEDNING TIL LABORATORIEØVELSE NR 8

Enkle logiske kretser Vi ser på DTL (Diode Transistor Logikk) og 74LSxx (Low Power Schottky logikk)

Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

Analog til digital omforming

LAB 7: Operasjonsforsterkere

Monostabil multivibrator One shot genererer en enkelt puls med spesifisert varighet kretsen har en stabil tilstand

Lab 3: AC og filtere - Del 1

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

ENKLE LOGISKE KRETSER

Laboratorieoppgave 3: Motstandsnettverk og innføring i Oscilloskop

Elektronikk og IT DIGITALTEKNIKK

Enkle logiske kretser Vi ser på DTL (Diode Transistor Logikk) og 74LSxx (Low Power Schotky logikk)

Lab 4. Dioder og diode kretser

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 3

«OPERASJONSFORSTERKERE»

INF1411 Oblig nr. 2 - Veiledning

«OPERASJONSFORSTERKERE»

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

Synkron logikk. Sekvensiell logikk; to typer:

Forslag til løsning på eksamen i FY Forslag til løsning på eksamen i F -IN 204 og FY108 våren 2003.

Analog til digital omformer

Prototyping med Arduino del 2

EKSAMEN (Del 1, høsten 2015)

VEILEDNING TIL LABORATORIEØVELSE NR 4

RAPPORT LAB 3 TERNING

Labbutstyr i B102 (B104) Oscilloskop Funksjonsgenerator Måleprober Kontakter/plugger

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Emnekode: Emne: ITD13012 Datateknikk (deleksamen 1, høstsemesteret) Dato: Eksamenstid: kl til kl.

Løsningsforslag til eksamen FY108 høsten 2003

Dagens temaer. temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation. av sekvensielle kretser. and Architecture. Tilstandsdiagram.

Introduksjon til oppgave 1: Transistorkarakteristikken til BC-547

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 2

Forelesning nr.13 INF 1411 Elektroniske systemer

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator Vi ser på likerettere og frekvensfilter

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

INF1411 Oblig nr. 4 Vår 2011

2-Port transmisjons målinger for Anritsu RF og mikrobølge håndholdte instrumenter

IN1060: Bruksorientert design

Lab 5 Enkle logiske kretser - DTL og 74LS00

Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2015

EKSAMEN. Informasjon om eksamen. Emnekode og -navn: ITD13012 Datateknikk. Dato og tid: timer. Fagansvarlig: Robert Roppestad

En mengde andre typer som DVD, CD, FPGA, Flash, (E)PROM etc. (Kommer. Hukommelse finnes i mange varianter avhengig av hva de skal brukes til:

INF1510: Bruksorientert design

INF1411 Oblig nr. 3 - Veiledning

Instruksjonsmanual til lab-utstyr

INF1510: Bruksorientert design

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer

Zelio Soft grunnkurs. Zelio Logic reléerstatter programmering

Produkt informasjon 2009

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er

INF1411 Oblig nr. 1 - Veiledning

1 Innledning. 2 Virkemåte for kortet. Bli kjent med USB I/O kort K8055. NB! Ta med multimeter og lite skrujern!

IN1020. Sekvensiell Logikk

NY EKSAMEN Emnekode: ITD13012

EKSAMEN Emnekode: ITD13012

Studere en Phase Locked Loop IC - NE565

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens temaer. Sekvensiell logikk: Kretser med minne. D-flipflop: Forbedring av RS-latch

MIK 200 Anvendt signalbehandling, Lab. 5, brytere, lysdioder og logikk.

Marine Propulsion Control Systems 9000 Series Processor Feilsøking

Løsningsforslag til 1. del av Del - EKSAMEN

TRANSISTORER Transistor forsterker

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i læreboken. Oppbygging av flip-flop er og latcher. Kort om 2-komplements form

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer. Felteffekt-transistorer

LØSNINGSFORSLAG 2006

Fasit til Eksamen FY-IN 204 våren (avholdt høsten) 1998.

Installasjon IDT 120. Art. nr:

INF2270. Sekvensiell Logikk

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Industriell IT DATO: OPPG.NR.: LV4. LabVIEW Temperaturmålinger BNC-2120

INF1400. Sekvensiell logikk del 1

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

Løsningsforslag INF1400 H04

Forelesning 7. Tilstandsmaskin

Blinkende lysdiode Introduksjon Arduino Lærerveiledning

INF1400. Tilstandsmaskin

Digitalstyring sammendrag

Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Forslag til løsning på eksamen i FYS1210 våren 2005 side 1. Fig.1 viser et nettverk med to 9 volt batterier og 4 motstander, - alle på 1kΩ.

Høgskoleni østfold EKSAMEN. Dato: Eksamenstid: kl til kl. 1200

Forslag til løsning på eksame n FY-IN 204 våren 2002

Rev. Lindem 25.feb..2014

Ultralydsensor. Introduksjon. Litt om ultralydsensorer. Arduino. Skrevet av: Martin Ertsås & Morten Minde Neergaard

RAPPORT. Elektrolaboratoriet. Oppgave nr.: 5. Tittel: Komparator Skrevet av: Espen Severinsen. Klasse: 14HBIELEB Øvrige deltakere: Vegard Bakken.

EKSAMEN (Del 1, høsten 2014)

UNIVERSITETET I OSLO.

Tips! OMRON ELECTRONICS NORWAY AS

CLS. DMX16 16 kanals DMX Lys mikser. Bruksanvisning 2001 V1.0 Laget i Norge av Compact Light System AS office@cls.no

UNIVERSITETET I OSLO

7-Segment Display. Introduksjon. Steg 1: Finn frem utstyr. Til denne oppgaven trenger du. Skrevet av: Martin Ertsås & Morten Minde Neergaard

Transkript:

Lab 8 Datakonvertering Oppgave 1: Binærteller I oppgave 1 skal det prøves ut en binærteller i en integrert krets (IC). Telleren som skal brukes er SN74HC393N, hvor SN står for fabrikant: Texas Instruments. 74 står for 7400 serien, hvor 74 angir temperaturområde for kommersielt bruk (Militær har 54). H står for High speed. C står for CMOS (brikken er laget med CMOS teknologi). 393 betyr at brikken er en dual 4 bit binary counter. N angir package: plastic through hole DIP package Figur 1 Denne telleren består av 4 flip floper som vist i figure 2 og er asynkron. For hver gang klokken inn til brikken (CLK) går fra høy tilstand til lav (fallende flanke), vil verdien til telleren øke med 1. Når telleren er på maksimal verdi (15), så vil den ved neste fallende flanke gå til 0 og begynne på en ny syklus. Figur 2 http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 1/10

Siden brikken er laget av CMOS teknologi, kan forsyningsspenningen (VCC) være mellom 2 og 6 Volt. Med en forsyningsspenning på 3.3 V, så må spenningen på inngangene være omtrentlig følgende for at den skal fungere: Min Max V I, Input voltage 0 3.3 V IH, High level input voltage 2.38 V IL, Low level input voltage 0.92 Dette vil si at spenningen inn må være mellom 2.38 og 3.3 V for tilstand høy, og mellom 0 og 0.92 V for tilstand lav. For spenningen ut av brikken er det litt annerledes: V OH, High level output voltage: vil være tilnærmet lik forsyningsspenningen hvis den trekker lite strøm (mikroampere), mens den vil falle hvis den trekker mye strøm (noen milliampere). V OL, Low level output voltage: vil være tilnærmet lik null eller noen millivolt hvis den trekker lite strøm (mikroampere), mens den vil øke hvis den trekker mye strøm (noen milliampere). Slike spesifikasjoner står i databladet. Utstyr: micro:bit med breadboard Binærteller: 74HC393 NAND port: 74HC00 Motstander: 4 x 470 Ohm LED: 4 stk Jumper: Male Female og Male Male (a) Button A på micro:bit er koblet til pin5. Sett Male Female jumper på pin5 og 0V, mål spenningen og fyll inn Tabell 1 (Dobbelklikk på cellen). Button A Spenning (V) Tilstand False?? True?? Tabell 1 (b) http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 2/10

(b) Koble kretsen i figur 3 til micro:bit og verifiser om lysdiodene stemmer med funksjonstabellen til 74HC393. Plasser 74HC393 helt til venstre på breadboardet (kolonne 1) og bruk kolonnene 18, 22, 26 og 30 for lysdiodene. Figur 3 (c) Flytt CLK fra pin5 til pin8. Bruk MicroPython til å lage en klokke på pin8 som har en frekvens på 2 Hz. Funksjoner: pin8.write_digital(value); 0 og 1 sleep(value); tid i millisekund OBS: Dette er ikke noen god måte å lage en klokke på, men i denne oppgaven er den god nok. %%writefile ub.py from microbit import * while not button_b.was_pressed(): ## Din kode her ## Flash.py filen til micro:bit ved å kjøre cellen under.!uflash ub.py http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 3/10

(d) Button A skal nå brukes til å nullstille tellesekvensen. 1. Behold koblingen og klokken fra (c). 2. Sett 74HC00 på breadboardet (kolonne 10). 3. For at tellesekvensen skal nullstilles, må CLR gå høy. Deretter må CLR gå tilbake til lav for at 74HC393 skal kunne begynne å telle på nytt. Bruk Figur 4 til å finne ut hvordan en av NAND gatene på 74HC00 kan brukes sammen med Button A for å nullstille tellesekvensen. 4. Koble opp løsningen på breadboardet og test om Button A nullstiller tellesekvensen. Figur 4 Oppgave 2: Digital til analog konvertering Med et R 2R motstandsnettverk kan man gjøre om et binærkodet tall til en analog spenning. Hvis vi f.eks. kobler R 2R nettverket til utgangen fra en binær teller slik som vist på figur 5, vil vi få ut en spenning som er proporsjonal med antall klokkepulser som har gått inn på telleren. http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 4/10

Figur 5 Vi har gjort ferdig en slik krets Her kan du velge mellom tilført signal fra oscillator eller enkeltpulser fra trykkbryteren. Bilde 1: Kort oppgave 2. In [1]: %matplotlib notebook import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np import lab8 Koble til oscilloskopet In [6]: osc = %tek osc osc_idn = osc.query("*idn?") lab8.print_idn(osc_idn) (a) Den analoge spenningen fra R 2R nettverket er gitt ved V analog = 2 3 V OH ( Q A 16 Q B Q C + + + 8 4 Q D 2 ), V OH Q V OH hvor er high level output voltage til 74HC393 og er tilstand for utgangene (0 eller 1). Bruk at er ganske nærme forsyningsspenningen V CC = 5 V. 1. Hva er den maksimale analoge spenningen? http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 5/10

2. Hva er den minste analoge spenningen (LSB: Least Significant Bit)? (b) Ta utskrift fra oscilloskopet som viser signalet ut fra R 2R nettverket på CH2 og klokkepulsene på CH1. Bruk phono utgangene, husk å sette strapperen til OSC på kortet. Bruk en tidsakse som tar med minst 16 klokkepulser (en hel periode). lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave2b", display=true) (c) Med manuelle klokkepulser fra bryteren, bruk multimeter til å måle utgangsspenningen som funksjon av antall klokkepulser (antall ganger du har klikket på bryteren totalt). Husk å sette strapperen til STEP. Er det en god lineær sammenheng mellom digitalverdi og analogverdi? In [2]: Vanalog = [] Minste kvadraters metode En regresjonsanalyse etter minste kvadraters metode (least squares) vil tilpasse en rett linje på formen y = mx + b til dine måledata. x = np.linspace(0,15,16) m, c, dm, dc = lab8.leastsquares(x, Vanalog) print("m = %.4f" % m) print("c = %.4f" % c) print("y = mx + c = %.3fx + %.3f" % (m, c)) y = m*x + c lab8.plot2c(x, Vanalog, y) Oppgave 3: Analog til digital konvertering En enkel form for A/D konvertering er vist i figur 6. Signalet som skal digitaliseres legges inn til en komparator. Her sammenliknes den ukjente spenningen med et DC signal som leveres fra et R 2R nettverk. Spenningen fra dette nettverket bygges opp av en 6 bit binærteller. http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 6/10

Figur 6: Prinsippet for en Counter type A/D converter. Denne telleren løper så lenge utgangen fra komparatoren er høy (1) Når signalet over R 2R nettverket overstiger signalspenningen skifter komparatorens utgang fra høy til lav. Pga. NAND porten stoppes klokkepulsene inn til telleren. Utgangene A.. F holdes i ro. G utgangen fra den 8 bit binærteller vil nå åpne for lysdiodene som viser den digitaliserte verdien til analogsignalet. Tilslutt vil H utgangen fra telleren nullstille 6 bit telleren. Vi starter så en ny konvertering. Bilde 2: Kort oppgave 3 med kretsen ferdig koblet. http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 7/10

Figur 7: Skjema. (a) Oppløsningen til A/D konverteren er på 6 bit. Hvor mange nivåer utgjør dette? (b) Den analoge spenningen fra R 2R nettverket er gitt ved V analog = 2 3 V OH ( Q A 64 Q B Q C Q D Q E + + + + + 32 16 8 4 Q F 2 ), er spenningen og Q er tilstand for utgangene på 74HC393. Bruk at V OH er ganske nærme forsyningsspenningen V CC = 5 V. 1. Hva er den maksimale analoge spenningen? 2. Hva er den minste analoge spenningen (LSB: Least Significant Bit)? http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 8/10

(c) Signal inn ( V signal ) er en DC spenning som justeres med et potentiometer koblet i serie med en motstand på 5.6 kohm. Regn ut maksimal V signal. Figur 8 (d) Hvis V signal = 2.2 V, hvilken verdi vil da lysdiodene vise? (e) Bruk oscilloskopet til å måle på kortet. CH1 skal vise TP5 (Comparator output) mens CH2 skal vise TP7 (Ramp voltage). La oscilloskopet trigge på CH1. Still inn triggeren ved å trykke på Menu som står i Triggerfeltet helt til høyre på oscilloskopet. Type Source Coupling Slope Level Mode Edge CH 1 DC Falling 2 V Auto Still deretter inn input voltage slik at lysdiodene viser verdien du fant i (d). Bruk Cursors til å finne 1. Spenningen ut fra R 2R nettverket når konverteringen er ferdig. 2. Konverteringstid (Tiden det tar å konvertere analogverdien til en digital verdi). http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 9/10

For å bruke cursors, trykk to ganger på Cursors knappen og bruk deretter Select til å bytte mellom horisontal og vertikal. For å bytte Cursors til en annen kanal, trykk på farget kanal knapp med nummer på og deretter Menu Off. Når cursors er stilt inn, kjør cellen under for å hente skjermbilde. lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave3e", display=true) (f) Flytt CH1 til TP1 (oscillator) og still inn trigger: Type Source Coupling Slope Level Mode Edge CH 2 DC Rising 2 V Auto Trykk deretter på knappen Single. Mål frekvensen til oscillatoren (CH1) og sammenlign den med forholdet mellom antall klokkepulser og konverteringstiden fra (e). lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave3f", display=true) (g) La så CH1 være fast tilkoblet TP 3 (counter reset). Bruk CH1 som trigger. Sweep hastigheten stilles slik at du ser en hel reset puls og begynnelsen på den neste. Den andre måleledningen flyttes rundt til målepunktene TP4, TP5, TP6 og TP7. Still på input voltage slik at du kan se hvordan spenningene varierer innenfor intervallet mellom to reset pulser. Legg inn skjermbilder av signalene. TP4 Display enable lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave3g_tp4", display=true) TP5 Comparator output lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave3g_tp5", display=true) TP6 Clock lab8.screenshot(osc, "lab8_oppgave3g_tp6", display=true) http://localhost:8888/notebooks/notebooks/lab8/lab8_2203/lab8_datakonvertering.ipynb 10/10