ESPERIENZE INTRODUTTIVE ALL'ELETTRONICA DIGITALE

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1 Generaore di clock ESPERIENZA 1 ESPERIENZE INTRODUTTIVE ALL'ELETTRONICA DIGITALE Dobbiamo cosruire un generaore di onde quadre con una frequenza di circa 100KHz che uilizzeremo come clok in ue le alreesperienze. Abbiamo a disposizione l'inegrao ma555e lo schema del circuio da cosruire. Ci resa solo da scegliere i valori delle componeni in modo che l'oscillaore abbia la frequenza richiesa, e le due pance dell'onda circa la sessa duraa emporale: 1 2. Dal daa shee abbiamo che : 1.44 f = frequenza oscillaore= R A 2 R B C R B D=duy cycle= 1 = 2 R A R B Abbiamo scelo i segueni valori: R A =820 ; R B =6.8 K ; C=1 nf ; in modo da avere: f =99.86 KHz e D= Abbiamo cosruio il circuio e misurao con l'oscilloscopio l'uscia del clock:

2 Si noa subio uno spike sulla pancia ala dell'onda. Queso disurbo è dovuo alla presenza di induanze e capacià parassie inrodoe dai fili. Come nell'esperienza precedene possiamo meere dei condensaori eleroliici ra la erra e l'alimenazione per rendere il segnale più sabile. Il disurbo è noevolmene diminuio anche se non del uo esino, come si vede dalla nuova immagine: Per pulire uleriormene il segnale lo facciamo passare araverso due inveriori. Confroniamo il segnale in uscia dal circuio e il segnale fao passare araverso i due inveriori: Nonosane ui quesi accorgimeni, dilaando la scala dei empi si possono noare ancora dei piccoli disurbi ma limiai a ransieni dell'ordine di pochi nanosecondi:

3 Conaore a 4 sai Dobbiamo cosruire una macchina sequenziale che cicli su quaro sai facendo uso del clock appena cosruio e dei flipflop di ipo JK del circuio inegrao 74LS04. Scriviamo innanziuo come sono e come funzionano i flipflop JK dell'inegrao che abbiamo a disposizine: Tabella di funzionameno: J n K n Q n Q n !Q n Tabella di comando : Q n Q n+1 J n K n Φ Φ 1 0 Φ Φ 0 Adesso possiamo cominciare la progeazione del nosro conaore: Diagramma degli sai: Tabella degli sai primiivi: parenza arrrivo S 0 S 1 S 1 S 2 S 2 S 3 S 3 S 0 Non ci sono sai ripeui quindi la abella degli sai primiivi coincide sempre con la abella degli sai finali. Ogni flipflop può essere in due sai diversi ( per convenzione 0 e 1 ), quindi N flipflop possono assumere 2 N configurazioni diverse.deerminiamo allora quani flipflop ci servono per ciclare su quaro sai: 2 N =n=numero di sai=4 N =2.

4 Dobbiamo assegnare ad ogni sao una diversa configurazione delle memorie. Per chiarezza e semplicià facciamo coincidere le due uscie dei flipflop Q0 e Q1 rispeivamene con i coefficieni dei due pesi della numerazione binaria 2 0 e 2 1. D'ora in poi uilizzeremo sempre quesa convenzione per i conaori binari. Cosruiamo quindi la abella di assegnameno: Q 0 S S S S Scriviamo la abella delle ransizioni accompagnaa dai comandi dei FF: Q 0 +1 Q 0 +1 J 1 K 1 J o K Φ 1 Φ Φ Φ Φ 0 1 Φ Φ 1 Φ 1 Nella abella l'apice indica il -esimo colpo di clock. Per ricavare le funzioni logiche di comando in queso caso semplice possiamo anche non usare le mappe di Karnaugh: J 0 = K 0 = 1; J 1 = K 1 = Q 0 ; Schema logico del circuio: Verifichiamo il funzionameno del conaore con l'oscilloscopio :

5 Conaore a 4 sai reversibile Dobbiamo cosruire una macchina binaria che coni da 0 0 a 1 1 in ordine crescene o decrescene a seconda che l'ingresso di comando I sia rispeivamene 0 o 1. Abbiamo a disposizione sempre dei flipflop JK e delle pore NAND della serie 74LS. Diagramma degli sai: Tabella degli sai: parenza I = 0 arrivo I = 1 S 0 S 1 S 3 S 1 S 2 S 0 S 2 S 3 S 1 S 3 S 0 S 2 Numero dei flipflop da uilizzare: 2 N =n=4 N =2. Tabella di assegnameno: Q 0 S S S S Tabella dei comandi: Q 0 I Q 0 J 1 K 1 J o K Φ 1 Φ Φ Φ Φ 0 1 Φ Φ 1 Φ Φ 0 Φ Φ 1 1 Φ Φ Φ Φ 1 Φ

6 Deerminiamo le funzioni logiche con le mappe di Karnaugh e applicando la relazione di De Moivre ( A + B =! (!A!B) ) in quano abbiamo a disposizione solo delle pore NAND: J 0 = K 0 = 1; J 1 Q 0 I Φ Φ Φ Φ K 1 Q 0 I 0 Φ Φ Φ Φ 0 1 Schema logico del circuio: J 1 = K 1 = Q 0!I +!Q 0 I =! (!(Q 0!I )!(!Q 0 I) ); Verifica del funzionameno: I = 0

7 I = 1 Conaore a 3 / 4 sai Scopo dell'esperimeno è cosruire un conaore che cicli su 3 oppure 4 sai della sequenza binaria in funzione dello sao d'ingresso I. Diagramma degli sai: Tabella degli sai: parenza I = 0 arrivo I = 1 S 0 S 1 S 1 S 1 S 2 S 2 S 2 S 3 S 0 S 3 S 0 S 0 Numero dei flipflop da uilizzare: 2 N =4 N =2. La abela d'assegnameno è uguale alle due precedeni quindi quesa vola non la riporiamo.

8 Tabella dei comandi: Q 0 I Q 0 J 1 K 1 J o K Φ 1 Φ Φ Φ Φ 0 1 Φ Φ 1 Φ Φ 1 Φ Φ Φ Φ 1 0 Φ Φ 1 Φ 1 Funzioni logiche: K 0 = 1; J 0 Q 0 I 0 1 Φ Φ 1 J 0 =!I +! =! ( I ); 1 1 Φ Φ 0 J 1 Q 0 I Φ Φ J 1 = Q 0 ; Φ Φ K 1 Q 0 I 0 Φ Φ 1 0 K 1 = I + Q 0 =! (!I!Q 0 ); 1 Φ Φ 1 1 Schema logico del circuio:

9 Verifica del funzionameno: I = 0 I = 1

10 Conaore decimale BCD Dobbiamo cosruire un conaore che coni in base 10 secondo la sequenza BCD. Diagramma degli sai: Tabella degli sai: parenza arrivo S 0 S 1 S 1 S 2 S 2 S 3 S 3 S 4 S 4 S 5 S 5 S 6 S 6 S 7 S 7 S 8 S 8 S 9 S 9 S 0 Numero dei flipflop da uilizzare: 2 N =10 N =4.

11 Tabella di assegnameno degli sai secondo il codice BCD: Sao Q3 Q2 Q1 Q0 S S S S S S S S S S S S S S S S Nella abella sono sai indicai in rosso gli sai non uilizzai dalla macchina che conseniranno di semplificare le equazioni booleane. Tabella dei comandi: Q 3 Q 2 Q 0 +1 Q 3 +1 Q Q 0 J 3 K 3 J 2 K 2 J 1 K 1 J 0 K Φ 0 Φ 0 Φ 1 Φ Φ 0 Φ 1 Φ Φ Φ 0 Φ Φ 0 1 Φ Φ 1 Φ Φ 1 Φ Φ Φ 0 0 Φ 1 Φ Φ Φ 0 1 Φ Φ Φ Φ 0 Φ 0 1 Φ Φ Φ 1 Φ 1 Φ Φ 0 0 Φ 0 Φ 1 Φ Φ 1 0 Φ 0 Φ Φ 1

12 Funzioni logiche: J 0 = K 0 = 1; J 1 Q Φ Φ Q Φ Φ J 1 = Q 0!Q 3 ; Q K 1 Q 0 00 Φ Φ 1 0 Q 3 01 Φ Φ 1 0 K 1 = Q 0 ; Q Φ Φ J 2 Q Q 3 Q 2 01 Φ Φ Φ Φ J 2 = Q 0 ; K 2 Q 0 00 Φ Φ Φ Φ Q K 2 = Q 0 ; Q Φ Φ J 3 Q Q 3 Q J 3 = Q 0 Q 2 ; Φ Φ

13 K 3 Q 0 00 Φ Φ Φ Φ Q 3 Q 2 01 Φ Φ Φ Φ K 3 = Q 0 ; Lo schema logico del circuio lo riporiamo in vericale nella pagina seguene per moivi di spazio. Verifica del funzionameno:

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