Pobierz

P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/10/01
CHARAKTERYSTYKI BRAMEK CYFROWYCH TTL
1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest poznanie zasad działania, budowy i właściwości podstawowych
funktorów logicznych wykonywanych w jednej z najbardziej rozpowszechnionych technik
realizacji układów cyfrowych
2. WSTĘP
Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości elementarnych bramek logicznych TTL.
Układ badany umożliwia określenie tablic stanów logicznych dwuwejściowych bramek NAND i
NOR, obserwacje statycznych charakterystyk przejściowych uwy (uwe) podstawowej bramki TTL,
bramki z otwartym kolektorem oraz bramki z histerezą (tzw. układem Schmitta). Pozwala on
także na analizę przebiegów czasowych na wyjściu bramek NAND i NOR sterowanych
impulsowo.
3. OPIS TECHNICZNY BADANEGO UKŁADU (WKŁADKA DN101A)
Wkładka DN101A zawiera kilka niezależnych układów, badanych w poszczególnych etapach.
Układ przedstawiony na Rys.1a) służy do określania tablicy stanów bramek NAND i NOR.
Wskaźnikiem stanu wysokiego są diody świecące o barwie czerwonej, umieszczone na płytce
drukowanej w pobliżu odpowiedniego układu scalonego.
a) Wejścia
TTL
1
2
WY NAND
b) Wejścia
impulsowe
R1 150
B1
D4
1
2
CQYP 40
B3
B4
B5
B6
B2
R2 150
D5
c)
CQYP 40
WY NOR
“132”
B7
“03”
WE XY
“00”
B8
+5V
RC 1k
D6
B9
B10
B11
B12
WY XY
AAY37
Rys.1. Schemat wkładki DN101A (część pierwsza)
Obserwacje przebiegów czasowych na wyjściach bramek NAND i NOR, sterowanych
przebiegami impulsowymi, przeprowadza się w układzie pokazanym na Rys.1b) Bramki B4 i B6
stanowią obciążenie bramek badanych B3 i B5. Na Rys.1c) przedstawiono schemat układu, w
którym dokonuje się obserwacji charakterystyk przejściowych trzech rodzajów bramek TTL:
standardowej 7400, z otwartym kolektorem 7403 lub z pętlą histerezy 74132, wybieranych –
przełącznikiem klawiszowym Wygląd płyty czołowej i rozmieszczenie elementów na wkładce
DN101A przedstawiają odpowiednio Rys.2 i Rys.3)
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
Rys.2. Płyta czołowa wkładki DN101A,
D N 101A
transfer
charakteristics
132
03
input
1
TTL inputs
74132 B7,B8
2
X Y
7403 B9,B10
00
output
inputs
2
pulse
NAND
outputs
NOR
inputs
2
c
b
B2,B5,B6
NOR
B1,B3,B4
NAND
a
D5
D4
e
US1
UL1111
7400 B11,B12
1
ECL
1
2003/10/01
d
Bramka ECL
OR
ECL outputs
Rys.3. Rozmieszczenie elementów na wkładce.
NOR
nor
ip e
4. WYKAZ WKŁADEK POMOCNICZYCH:
Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące przyrządy pomocnicze:
- generator stanów logicznych dwuwyjściowy
- wkładka charakterograficzna dwukanałowa
- podwójny generator impulsów TTL
SN1211,
SN7212,
SN3212,
5. OPIS TECHNICZNY WKŁADEK POMOCNICZYCH
5.1 Generator stanów logicznych TTL SN1211 (SN1222)
Generator stanów logicznych TTL SN1211 służy do niezależnego sterowania dwu wejść
dowolnego układu logicznego TTL (generator SN1222 - czterech) statycznym, ręcznie
przełączanym sygnałem logicznym. Przełączanie wartości tego sygnału dokonuje się
przełącznikiem suwakowym, znajdującym się na płycie czołowej, osobno dla każdego wyjścia
Dane techniczne
Napięcie stanu wysokiego
typ. 3.30 V
Napięcie stanu niskiego
typ. 0.22 V
Obciążalność wyjścia
9
Maks. pobór prądu z zasilacza
10 (SN1222 –20) mA
Rys.4. Schemat ideowy dwuwyjciowego
generatora stanów logicznych TTL SN1211
Rys.5. Płyty czołowe generatorów stanów
logicznych TTL SN1211 i SN1222
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/10/01
Generator stanów logicznych TTL SN1211 składa się z dwóch (SN1222 - czterech)
przerzutników bistabilnych RS (złożonych z dwu bramek NAND każdy) przełączanych
przełącznikami suwakowymi (Rys.4 i Rys.5). Przerzutniki te eliminują ewentualne drgania
zestyków i chwilowe niepewności działania przełączników oraz standaryzują parametry sygnału
wyjściowego.
5.2 Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7212
Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7212 (Rys.6)
umożliwia jednoczesną obserwację na ekranie oscyloskopu dwóch
napięciowych charakterystyk przejściowych układu badanego, bez
konieczności stosowania dodatkowego przełącznika elektronicznego.
Działanie tej wkładki polega na wykorzystaniu do rysowania drugiej
charakterystyki powrotnego biegu strumienia elektronowego.
Rozwiązanie to ma również zalety przy pracy jednokanałowej:
strumień powrotny rysuje w tym przypadku oś napięć wejściowych, a
więc zerowy poziom odniesienia. Dla wygody posługiwania się tą
wkładką napięcie wyjściowe ma kształt trapezowy, z dodatkowym
płaskim odcinkiem na poziomie zera. Na obserwowanej
charakterystyce widoczne są zatem trzy rozjaśnione punkty
odpowiadające minimalnemu, zerowemu i maksymalnemu
poziomowi napięcia wyjściowego.
Na płycie czołowej wkładki znajdują się dwa pokrętła regulacji
poziomów minimalnego i maksymalnego oraz gniazda odchylania
oscyloskopu X i Y, gniazdo sterowania układu badanego (output) i
dwa gniazda wejściowe (input A, input B), do których dołącza się
wyjścia układu badanego.
Dane techniczne
Amplituda napięcia wyjściowego regulowana w zakresie:
połówka dodatnia
0 ÷ 6.5 V
połówka ujemna
0 ÷ - 6.5 V
Rys.6. Płyta czołowa wkładki
charakterograficznej XY
dwukanałowej SN7212
5.3 Podwójny generator impulsów TTL SN3212
Podwójny generator impulsów TTL SN3212 służy do
wytwarzania dwóch niezależnych przebiegów impulsowych o
częstotliwości powtarzania rzędu kilkudziesięciu kHz i o regulowanym
w określonych granicach przesunięciu czasowym między tymi
przebiegami. Generator ten przeznaczony jest do sterowania
dwuwejściowych lub wielowejściowych układów impulsowych i
cyfrowych - np. bramek logicznych, przerzutników itp. - dwoma
impulsami prostokątnymi o różnych czasach trwania i różnym
względem siebie położeniu czasowym, w celu określenia funkcji
układu badanego lub jego reakcji na takie sekwencje impulsów.
Na płycie czołowej (Rys.7) znajdują się gniazda wyjściowe obu
przebiegów (dla obu polaryzacji impulsów), gniazdo impulsów
wyzwalających podstawę czasu oscyloskopu oraz pokrętło regulacji
opóźnienia „delay”.
Układ generatora składa się z przerzutnika astabilnego (bramki
B1, B2, B3), determinującego częstotliwość przebiegów wyjściowych,
oraz dwóch podwójnych-scalonych przerzutników monostabilnych
(US2, US3), które realizują określone opóźnienia i generują impulsy
wyjściowe (Rys.8).
Impulsy na wyjściu pierwszym generowane są w drugim
przerzutniku monostabilnym układu scalonego US2, z opóźnieniem
wnoszonym przez pierwszy przerzutnik tego układu (por. rysunek
Rys.7. Płyta czołowa
podwójnego generatora
impulsów SN3212
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/10/01
przebiegów na Rys.8). Impulsy na wyjściu drugim generowane są natomiast w drugim
przerzutniku monostabilnym układu scalonego US3, również z opóźnieniem wnoszonym przez
przerzutnik pierwszy tego układu, przy czym opóźnienie to jest regulowane za pomocą
potencjometru R10.
Rys.8, Schemat ideowy podwójnego generatora impulsów SN3212
Impulsy wyzwalające kształtowane są w układzie różniczkującym C1, R3 współpracującym z
bramką B4
Dane techniczne
Impuls "pierwszy" (WY1 )
czas trwania
opóźnienie względem impulsów wyzwalających
Impuls "drugi" (WY2 ) czas trwania
czas trwania
opóźnienie względem impulsów wyzwalających regulowane w zakresie
opóźnienie względem impulsu "pierwszego"
Pozostałe parametry impulsów zgodne z
Maksymalny pobór prądu z zasilacza +5 V
≈ 5 ms
≈ 3,5 ms
≈ 2 ms
≈ 2 ÷ 10 ms
≈ -1.5 ÷ 6.5 ms
standard TTL
60 mA
6. OBSERWACJE I POMIARY
6.1. Określanie stanów logicznych bramek
Wykorzystując wkładkę DN 101A określić tablicę stanów logicznych bramek NOR i NAND
6.2. Obserwacja przebiegów czasowych na wyjściu bramek NAND i NOR
sterowanych impulsowo
a) Wykorzystując oscyloskop dwukanałowy zbadać działanie generatora impulsów
(wkładka SN3212)
b) Wykorzystując różne kombinacje sygnałów impulsowych wejściowych, jakie można
uzyskać z podwójnego generatora impulsów TTL SN3212, zrealizować dla bramki NOR
lub NAND kilka przebiegów czasowych.. Uzyskane przebiegi przerysować do protokołu
łącznie z przebiegami wejściowymi.
c) Ustalić jak są traktowane przez bramki NAND i NOR wejścia nigdzie nie podłączone
6.3. Obserwacja charakterystyk przejściowych bramek TTL
a) Obejrzeć na ekranie oscyloskopu i przerysować do protokołu charakterystyki przejściowe
bramek logicznych TTL typu 7400, 7403 i 74132.. Obserwacji charakterystyk należy
dokonać za pomocą wkładki charakterograficznej SN7212.
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/10/01
7. OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Wykazać związek uzyskanych w p 6.2.b przebiegów z tablicą stanów funkcji, NOR lub
NAND, np. przez opisanie stanów wejść i wyjścia bramki na narysowanych przebiegach
w poszczególnych odcinkach czasu.
2. Wyjaśnić, uwzględniając budowę wewnętrzną bramek NAND i NOR, jakie stany logiczne
posiadają wejścia nigdzie nie podłączone
3. Na podstawie dokonanych rysunków oszacować amplitudy logiczne oraz marginesy
szumowe dla stu niskiego i wysokiego bramek
4. Określić na podstawie pomiarów w p 6.3. charakterystyczne wartości napięć wejściowych i
wyjściowych dla charakterystyki przejściowej bramki NAND. Porównać te wartości z
obliczonymi teoretycznie
5. Określić szerokość pętli histerezy bramki z układem Schmitta. Wyjaśnić przyczynę jej
powstawania
6. Podać przykłady i uzasadnić zastosowanie bramek z pętlą histerezy.
7. Podać przykłady i uzasadnić zastosowanie bramek z otwartym kolektorem