INDICE 0.- INTRODUZIONE DESCRIZIONE GENERALE COLLAUDO DEL MINILAB 6

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1 INDIE 0.- INODUZIONE.- DESIZIONE GENEALE.- OLLAUDO DEL ILAB.- DOIO GENEAOE DI ENSIONE ONINUA AIABILE DA -0 A +0 E EGOLABILE ON EISIONE.- GENEAOE DI LOK 9.- GENEAOE DI ENSIONE DI IFEIMENO OSIIA AIABILE. ISUALIZZAOE DI SAO LOGIO A DIODI LED. INEUOI DI SAO LOGIO D INGESSO ON ISUALIZZAZIONE DELLO SAO LOGIO MEDIANE LED. DOIO ISUALIZZAOE ON DISLAY A LED A SEGMENI 9 9. IUIO SAMAO DEL ILAB OMONENI, ESISENZE, ONDENSAOI, IUII INEGAI E LA EALIZZAZIONE DEL ILAB 0

2 0.- Introduzione er potere verificare circuiti DA e AD occorrono alcuni circuiti ausiliari ricorrenti per tutti i DA e tutti gli AD. DA: il DA converte una parola digitale in una tensione analogica ad essa proporzionale. I circuiti ausiliari tipici sono: - interruttori digitali che simulino la parola digitale d ingresso; - generatore di tensione di riferimento; - convertitore corrente tensione. AD: l AD converte una tensione analogica d ingresso, variabile in un campo di valori predefinito, in una parola digitale d uscita ad essa proporzionale. I circuiti ausiliari tipici sono: - tensione analogica d ingresso variabile con continuità e precisione da un minimo ad un massimo (definiti dalla dinamica d ingresso); - generatore di tensione di riferimento; - visualizzatori di stato logico a diodi LED per rilevare la parola digitale d uscita o un doppio visualizzatore a display segmenti con decoder driver esadecimale segmenti per visualizzare la parola d uscita in numerazione esadecimale; - generatore di clock. Al fine di disporre di tutta (o quasi) la circuiteria ausiliaria, si è pensato di progettare una piastra sperimentale con tali circuiti già su di essa disponibili.

3 . - Descrizione generale La piastra per la verifica di circuiti DA e AD (MiniLab) consta di: a. Doppia piastra di bread-board per il cablaggio dei circuiti; b. Due generatori di tensione continua variabile con precisione da -0 a +0 (fig., è visibile anche il connettore per l alimentazione: +, +, -, GND); c. Otto interruttori con diodi LED che consentono di visualizzare lo stato logico degli interruttori (fig. ); d. Generatore di clock con frequenza regolabile da,hz a circa 9KHz (fig. ); e. Doppio visualizzatore a display a LED segmenti che accetta in ingresso il codice binario e consente una uscita esadecimale (fig. ); f. isualizzatore di stato logico con otto diodi LED (fig. ); g. Generatore di tensione di riferimento regolabile da 0 a 9 (fig. ). Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Il circuito da verificare viene assemblato sulla piastra di bread-board, che deve essere preventivamente collegata alle tensioni di alimentazione.

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5 Generatore di tensione di riferimento regolabile da 0 a 9 diodi LED per visualizzare lo stato logico delle uscite del circuito sperimentale in esame Due visualizzatori a display a LED segmenti con decoder driver binario esadecimale GND generatori di tensione continua variabile da -0 a +0 interruttori con visualizzazione di stato logico a diodo LED Generatore di clock con frequenze regolabili da,hz a 9KHz

6 Oltre che per DA e AD, la piastra può essere usata per la verifica di circuiti digitali sia combinatori sia sequenziali; mentre i circuiti analogici, per i quali è possibile, possono essere verificati in continua, salvo l utilizzo di dispositivi esterni (quali generatore di funzione e oscilloscopio). Date le dimensioni del trasformatore, non è stato possibile inserire l alimentatore sulla piastra stessa; si è dovuto optare per un alimentatore esterno basato sull utilizzo degli stabilizzatori della serie xx e 9xx. Nelle figure è visibile l alimentatore. ista frontale avo di collegamento al MiniLab ista posteriore ista interna Il circuito utilizzato per entrambi gli alimentatori (± e ±) e quello di seguito riportato. I valori dei componenti sono:

7 presa centrale 0/± 0A e 0/±9 A I 0, 0, 90, 9 ondensatori 000µF, µf elettrolitici ; 0ηF poliestere onte raddrizzatore,a esistenze 0Ω, KΩ Diodi LED verdi 0 0Hz ~ ~ + xx LED GND + + 9xx LED -.- ollaudo del MiniLab Il collaudo del primo prototipo del MibiLab realizzato è stato più che soddisfacente. Si è verificato il corretto funzionamento degli interruttori logici, dei LED visualizzatori e del doppio display. Si è misurata la tensione d uscita dei due generatori di tensione continua che è risultata, per entrambe le uscite, variabile da 0 a +9,. Si è tarato, agendo sul trimmer multigiri, il generatore di tensione di riferimento a 9 e si è controllato che la tensione in uscita dall inseguitore, agendo sul potenziometro multigiri, variava da 0 a 9. Si è controllato il funzionamento del generatore di clock sia visualizzando le forme d onda all oscilloscopio sia rilevandone la frequenza con un frequenzimetro digitale. La forma d onda è risultata soddisfacente su tutta la gamma delle frequenze. Alle frequenze più alte si notano sui fronti di salita e di discesa del segnale dei leggerissimi transitori di carica e di scarica. L ampiezza è di circa e gli intervalli di frequenza misurati sono riportati nella tabella. apacità f ck in Hz f ck / in Hz ηf f f MAX f f MAX 0, , 0 0,0 0 0, 0 0,,,,

8 .- Doppio generatore di tensione continua variabile da -0 a +0 e regolabile con precisione si incontra spesso la necessità di disporre di generatori di segnale continuo regolabile in un campo di variazione prestabilito. Si può ottenere un tale dispositivo impiegando un amplificatore operazionale in configurazione di inseguitore di tensione, un potenziometro multigiri (per avere la necessaria sensibilità di regolazione) e due resistenze. Il circuito è il seguente: Si definisce il campo di variazione della tensione d uscita o : - ol cursore in B (k 0) si ha il valore minimo o ol - ol cursore in A (k ) si ha il valore massimo o oh ol. o oh La tensione + o dipende dalla posizione del cursore del potenziometro e dalle tensioni di alimentazione ±. Si calcola la tensione + applicando il principio di sovrapposizione degli effetti: + o k + + ( k) + k + + k ( k ) dove 0 k k 0 k cursore cursore in in B A o o ol oh Se e 0, col cursore in A (k ), si ha: oh ol + oh + + oh + oh + oh oh oh 0 0, 0, Si fissa 00KΩ, 0 giri, e si calcola : 0, 0, KΩ

9 er ottenere due uscite indipendenti, si utilizza l amplificatore operazionale L0. il circuito è il seguente; Sbroglio del circuito. + - OU OU L 0

10 .- Generatore di clock Il circuito integrato D0BE è un integrato MOS che viene utilizzato per realizzare multivibratore astabili e monostabili. Il diagramma delle connessioni è il seguente: ASABILE ASABILE IGGE GND D 0 B E 0 9 OS OU EIGGE Q Q EX ESE + IGGE Una capacità esterna (tra i piedini e ) e una resistenza esterna (tra i piedini e ) determinano la durata dell impulso nel funzionamento monostabile, e la frequenza dell uscita nel funzionamento astabile. Il funzionamento astabile si ottiene mettendo a livello alto l ingresso ASABILE o a livello basso l ingresso ASABILE. La frequenza d uscita (con un duty cycle del 0%) alle uscite Q e Q è determinata dei componenti esterni ( e ) di temporizzazione. Una frequenza doppia di quella su Q è disponibile all uscita oscillatore (OS OU); ma non è garantito un duty sycle del 0%. Il funzionamento monostabile si ottiene quando il dispositivo è triggerato da una transizione da basso ad alto sull ingresso +IGGE o da una transizione da alto a basso sull ingresso IGGE. Il dispositivo può essere retriggerato applicando una transizione da basso ad alto contemporaneamente sugli ingressi +IGGE e EIGGE. Un livello alto sull ingresso ESE resetta l uscita Q a livello basso e l uscita Q a livello altro. abella di funzionamento Funzione Multivibratore astabile Oscillazione libera Uscita dritta Uscita negata Multivibratore monostabile ositive edge triggered Negative edge triggered etriggerabile onnessione dei terminali A A GND Impulso d ingresso,,,,,,,,,,,, 9,,, 9,,,, 9,,,, 9,,, 9,,,, 9, Impulso d uscita 0,, 0,, 0,, 0, 0, 0, eriodo tipico d uscita o durata dell impulso A (0, ), A (), M (0, ), ontatore esterno (Nota ),,,, 9, Figura Figura Figura Nota. esistenza esterna tra I terminali e. capacità esterna tra i terminali e. Impulso d ingresso ASABILE Q 0 clock N counter reset out NO EX EX (N ) A + M + ( / ) A 9

11 Il circuito astabile, con oscillazione libera, e il seguente: + Q D0B OS OU 9 0 Q f K / D 0, f K f K / D 0, Le relazioni di progetto sono: - configurazione astabile, (OS OU) ; 00pF e 0 KΩ MΩ - configurazione monostabile, ; ηf e 0 KΩ MΩ i condensatori devono essere di tipo non polare (elettrolitici o al tantalio). Si vuole realizzare un oscillatore a frequenza variabile, con variazione di una decade. Si fissa il valore dell intervallo di frequenza: f 0KHz 00KHz f f MAX 0KHz 00KHz MAX 0,ms 0,0ms Il periodo è:. ( + k ) con 0 k. on k, tutto inserito, si ha il periodo massimo; on k 0, tutto disinserito, si ha il periodo minimo. MAX ( + ) ; MAX 0, ;, Facendo rapporto tra MAX e, si ha: MAX 0 ( + ),, Si utilizza un potenziometro multigiri di 00KΩ e per si ha: er si può utilizzare il valore 0KΩ. on tale valore, si ha: 00 0,KΩ 9 9 MAX MAX 0

12 Da si dimensiona : valore commerciale 0pF. 0,0 0, 0,ηF 0pF,. 0 0 on 00KΩ 0 giri ; 0KΩ ; 0pF, si ha: 9, , 0 0,00ms f MAX 9,KHz 9 ( + ). ( ) 0, 0 0,ms f,9khz MAX, olendo fare variare la frequenza nelle decadi inferiori, è sufficiente cambiare il valore del condensatore con uno che sia multiplo secondo 0 di, ovvero:,ηf 0,0ms ; MAX,ms ; f 0,9KHz ; f MAX 9,KHz ηf,0ms ; MAX,ms ; f,9hz ; f MAX 9Hz 0ηF 0,ms ; MAX ms ; f,9hz ; f MAX 9,Hz Non si può andare oltre non disponendo di condensatori non polari di valore più elevato. Si alimenta il circuito con una tensione +, in modo che il segnale sia di livello compatibile con la famiglia L. In ogni caso si può comandare con tale clock l ingresso di una porta NO L e utilizzare la sua uscita come segnale di clock da collegare al resto del circuito (si aumenta il FAN OU del clock).l ampiezza del segnale di clock dovrà risultare di circa, pari alla tensione di alimentazione. Il circuito finale è il seguente. + Q D0B OS OU 9 0 Q f K / f K f K /

13 Sbroglio del circuito G N D OS OU f ck Q f ck / 9 0 +

14 .- Generatore di tensione di riferimento positiva variabile Il circuito utilizzato è quello di figura. Si deve utilizzare la doppia alimentazione per evitare che l uscita dell inseguitore saturi quando la tensione sul piedino scende al di sotto di,. l inseguitore garantisce un ottimale adattamento dell impedenza qualunque sia il circuito pilotato. Il trimmer multigiri consente di tarare l uscita all esatto valore massimo voluto. + k Il circuito è in configurazione non invertente, per cui: EF Z +, con 0 k, EF Z e la corrente nello zener è: I Z Z Al variare di (ossia di k) la tensione varierà dal valore minimo al valore massimo + EFMAX + Z, con k. EF + Z, con k 0, Il valore EF voluto si deve ottenere col cursore del trimmer circa al centro, ossia: EF + + Z. Si fissa EF 9 e si utilizza un diodo zener di,. si fissano i valori in modo che, alla tensione EF voluta, il diodo zener sia in piena conduzione inversa. La tensione di alimentazione è ±. Si risolve l espressione di EF in funzione di + : + EF 9 EF + Z + Z, 0,0.

15 Si fissa 0KΩ e si calcola + 0,0 0, ,KΩ Si sceglie 0KΩ e 00KΩ 0 giri.. on EF 9, si fissa una corrente I Z ma e si calcola EF Z 9, 0Ω I 0 Z. Z iassumendo: L0 ; Z, ; ± ; Z 0Ω ; 0KΩ ; 0KΩ ; 00KΩ 0 giri ; 00KΩ 0 giri. Sbroglio del circuito Z L 0 D Z G N D - OU +

16 . isualizzatore di stato logico a diodi LED er pilotare i diodi LED si utilizza l integrato LS, che è un circuito pilota per bus-line. Il circuito è il seguente: 0 G A A A A 9 G A A A A L S 0 Y Y Y Y Y Y Y Y 9 La capacità 0,µ F cortocircuita a massa i rumori che potrebbero propagarsi attraverso l alimentazione. Assumendo OH,, F, I F ma, si calcola il valore di : OH F, 0Ω 0Ω I 0 F er il quale si utilizza il valore commerciale di 0Ω. Il LS è dotato degli ingressi di abilitazione G (pin ), che abilita i primi quattro driver (pin,,, ), e G (pin 9), che abilita i secondi quattro driver (pin,,, ). ali ingressi sono attivi a livello basso, ossia per utilizzare il visualizzatore a LED bisogna collegare a massa G e G. oiché gli ingressi non utilizzati sono interpretati come ingressi a livello alto e ciò provoca la loro accensione. er spegnere i LED non utilizzati bisogna collegare a massa gli ingressi di tali LED.

17 Sbroglio del circuito D GND G N D IN +

18 . Interruttori di stato logico d ingresso con visualizzazione dello stato logico mediante LED 0 G 9 G A A A A A A A A L S 0 Y Y Y Y Y Y Y Y 9 0Ω KΩ er il corretto funzionamento del circuito gli ingressi di abilitazione G e G devono essere collegati a massa.

19 Sbroglio del circuito GND D GND OU + G N D

20 . doppio visualizzatore con display a LED a segmenti Si utilizza il decoder driver LAH esadecimale segmenti a bit 9. tale circuito, a livello alto, è in grado di erogare una corrente di 9mA e pilotare direttamente un display a LED a segmenti; è in grado di visualizzare il codice esadecimale; portando alto l ingresso LE (latch enable) è possibile memorizzare in uscita l ultimo valore, indipendentemente dal valore d ingresso; pilota display a catodo comune. Il circuito è il seguente. MSB LSB LE BI D B A 9 BO a b c d e f g a b c d e f g f e a g d, b c Il secondo visualizzatore con display a LED a segmenti è la replica del primo er il corretto funzionamento del visualizzatore bisogna collegare l ingresso LE a massa. 9

21 Sbroglio del circuito 0 9 g f K a b e d K c 0 9 f g a b c d e 9 B LE BO BI D A GND A LSB B LE BO BI D MSB 0

22 9. ircuito stampato del MiniLab

23 0. - omponenti, resistenze, condensatori, circuiti integrati per la realizzazione della piastra Interruttori di comando Descrizione Quantità Note ircuito integrato L LS Bus line driver Miniswitch x o x 0 Da circuito stampato di 0Ω di KΩ di 00ηF oliestere o a disco Diodo LED Zoccolo 0 pin ontatti a tulipano 0 isualizzatore a diodi LED Descrizione Quantità Note ircuito integrato L LS Bus line driver di 0Ω Diodo LED di 00ηF oliestere o a disco Zoccolo 0 pin ontatti a tulipano 0 Generatore di clock Descrizione Quantità Note ircuito integrato MOS ca0b Zoccolo pin di 0KΩ di 00KΩ otenziometro lineare 0 giri di 0pF oliestere o a disco di,ηf oliestere di ηf oliestere di 0ηF oliestere di 00ηF oliestere o a disco ontatti a tulipano isualizzatori a display a LED segmenti Descrizione Quantità Note ircuito integrato 9 decoder driver esadecimale segmenti a bit Zoccolo pin Display segmenti K comune Serie FND00 di 00ηF oliestere o a disco ontatti a tulipano Generatore di tensione di riferimento Descrizione Quantità Note ircuito integrato L0 Zoccolo pin Z di 0Ω di 0KΩ di 0KΩ di 00KΩ rimmer 0 giri di 00KΩ otenziometro lineare 0 giri Diodo zener /W, ontatti a tulipano Doppio generatore di tensione continua variabile Descrizione Quantità Note ircuito integrato L0 Zoccolo pin di 0KΩ ontatti a tulipano