Ćwiczenie "Liczniki synchroniczne"

Ćwiczenie "Liczniki synchroniczne" - szczegóły
Wymagany zestaw aparaturowy ćwiczenia:
1. Zasilacz napięcia stałego typu 5351.
2. Generator „G 432”.
3. Oscyloskop typu GOS-620 (ewentualnie typu 3502C).
4. Przystawka dwukanałowa do oscyloskopu.
5. Układy scalone zamontowane na podstawkach z "mikrogniazdkami":
UCY7400, UCY7410, UCY7476 - 2szt., UCY74192.
6. Przewody połączeniowe:
- zakończone z jednej strony wtyczką bananową i z drugiej strony "mikrobolcem" (do doprowadzenia zasilania z zasilacza do
jednego z układów scalonych) - 2szt.,
- para przewodów zakończonych z jednej strony wtykiem BNC zawierającym "Ŝądło" i mikrobolcami z drugiej strony (do
doprowadzenia sygnału z generatora do zbudowanego licznika) - 1 szt.,
- zakończone z obu stron wtyczką bananową z gniazdkiem (do połączenia mas oscyloskopu, przystawki dwukanałowej
i generatora) - 2szt.
- zakończone z jednej strony wtykiem BNC i "mikrobolcem" z drugiej strony (do przesylania sygnałów z licznika do zestawu
oscyloskopu) - 3 szt.,
- zakończone z dwu stron "mikrobolcami" - do połączeń układów scalonych ze sobą.
- kable koncentryczne zakończone z obu stron wtykami BNC do połączenia przystawki z oscyloskopem - 2szt.
W ćwiczeniu wykonujemy punkty: 2, 3, 4 i 5 zawarte w opisie ćwiczenia "Liczniki".
Potrzebny w p. 2 element AND budujemy z dwu bramek NAND, podając sygnał z wyjścia pierwszej bramki na
połączone ze sobą wejścia bramki drugiej, albo podając go na jedno wejście bramki drugiej a na jej wejście drugie podając na
stałe stan logiczny wysoki.
Układy scalone zasilamy napięciem stałym "+5V". Do elektrod (gniazdek) oznaczonych symbolami "VCC" dołączamy
biegun dodatni zasilacza, do elektrod (gniazdek) oznaczonych symbolami "GND" (czyli masa) dołączamy biegun ujemny
zasilacza. NaleŜy sprawdzić ustawione napięcie (odczytać na zasilaczu) przed podaniem go do układów scalonych. W tym celu
włączamy zasilacz z niepodłączonymi do niego układami. Znajdujące się przy zaciskach wyjściowych "+" i "-" zasilacza
pionowo ustawione zwory łączące zaciski dolne z górnymi powinny być dokręcone i nie mogą być podczas zasilania badanego
układu luzowane, gdyŜ w wypadku wystąpienia braku połączenia zacisków nie działa w zasilaczu stabilizacja napięcia
wyjściowego i moŜe ono wtedy mieć wartość o wiele wiekszą, niŜ wartość ustawiona.
Liczniki tworzymy, łącząc odpowiednio ze sobą kilka płytek z zamontowanymi układami scalonymi. Działanie
budowanych liczników badamy, oglądając, odrysowując i analizując wyświetlane na ekranie oscyloskopu przebiegi stanów
logicznych na wejściu i na wyjściach licznika. Dołączając do jednego z wejść oscyloskopu dwukanałowego wyjście przystawki
dwukanałowej otrzymamy zestaw oscykoskopu trójkanałowego dającego moŜliwość jednoczesnego oglądania trzech
przebiegów stanów logicznych w czasie.
Na rys. 1 został przedstawiony schemat układu badawczego. Masy: generatora, przystawki i oscyloskopu powinny być
solidnie ze sobą połączone za pomocą przewodów zakończonych wtyczkami bananowymi wetkniętymi w gniazdka masowe
tych aparatów.
Doprowadzenia zliczanych impulsów z generatora do zbudowanego licznika dokonujemy za pomocą pary przewodów
zakończonych z jednej strony wtykiem BNC zawierającym "Ŝądło" i mikrobolcami drugiej strony. Rolę zliczanych impulsów
będzie pełnić napięcie zmienne o częstości kilku kHz. Pobierzemy je z koncentrycznego wyjścia BNC generatora G432 parą
przewodów zakończoną wtykiem BNC. Przewód masowy (jest on przylutowany do metalowego korpusu wtyku BNC)
połączymy z wyprowadzeniem GND pierwszego układu scalonego (w ten sposób masa budowanego licznika będzie połączona
z masą generatora i masą zestawu oscyloskopu) a przewód sygnałowy połączymy z wejściem zbudowanego licznika, wkładajac
mikrobolec znajdujacy się na końcu przewodu do odpowiedniego mikrogniazdka na płytce z odpowiednim układem scalonym.
Przed podaniem sygnału na wejście licznika naleŜy ustawić prostokątny kształt składowej zmiennej sygnału (napięcia)
na wyjściu BNC generatora, regulator amplitudy naleŜy ustawić na wartość 5Vp-p; składową stałą - na maksymalną wartość
dodatnią (pokrętła "amplituda" i "składowa stała" ustawiamy - delikatnie obracając - w skrajnie prawym połoŜeniu).
Napięcie zasilające budowany przez nas licznik doprowadzamy z zasilacza do licznika dwoma przewodami
zakończonymi z jednej strony wtyczkami bananowymi, które wkładamy do gniazd w zasilaczu, a z drugiej strony
mikrobolcami, które wkładamy do odpowiednich mikrogniazdek na płytce z pierwszym układem scalonym (zawierającym
pierwszy przerzutnik licznika; z tej płytki przewodami zakończonymi obustronnie mikrobolcami doprowadzamy napięcie
zasilające do płytki z następnym układem scalonym itd.). Odłączenie układu od zasilacza będziemy realizować poprzez wyjęcie
wtyczki z gniazdka dodatniego zacisku wyjściowego zasilacza.
Wyjście przystawki dwukanałowej jest połączone za pomocą kabla koncentrycznego z jednym z wejść Y oscyloskopu
(tutaj z wejściem B oscyloskopu). Wejście kanału A oscyloskopu oraz dwa wejścia przystawki dwukanałowej łączymy za
pomocą trzech sond (przewodów pojedynczych zakończonych z jednej strony mikrobolcem a z drugiej wtykiem BNC) z
wejściem licznika i z dwoma jego wyjściami, dzięki czemu w kilku krokach, przełączając za kaŜdym razem jedną z sond na
kolejne wyjście licznika, obejrzymy i odrysujemy przebiegi wszystkich stanów logicznych występujących na wejściu i na
wszystkich wyjściach licznika. Jedna z sond (sonda "s1" podająca sygnał na wejście A oscyloskpou) powinna być stale
dołączona do wejścia pierwszego przerzutnika, druga (sonda "s2" podająca sygnał na wejście B przystawki) - powinna być stale
Ciąg dalszy na odwrocie.
Ćwiczenie "Liczniki synchroniczne" - szczegóły
dołączona do wyjścia ostatniego przerzutnika, trzecią sondę ("s3" - podającą sygnał na wejście A przystawki) przyłączamy
kolejno do wyjść pozostałych przerzutników: do wyjścia pierwszego przerzutnika, następnie (po odrysowaniu oglądanych
trzech przebiegów) do wyjścia drugiego przerzutnika, koncząc na przedostatnim i uzupełniając za kaŜdym razem rysunkiem
przebiegu doprowadzonego poprzez przystawkę do oscyloskopu sondą "s3".
Po włączeniu przyciskami "POWER' w zasilaczu i w generatorze G432 zasilania zbudowanego licznika i generatora
naleŜy tak wyregulować częstotliwość sygnału wyściowego generatora, szybkość podstawy czasu oraz połoŜenie przełącznika
polaryzacji sygnału wyzwalania generatora podstawy czasu, aby jeden pełny okres na wyjściu ostatniego przerzutnika zajmował
większą część ekranu. Przystawka dwukanałowa posiada z tyłu wyjście, z którego wskazane jest podać kablem koncentrycznym
sygnał do gniazda wyzwalania zewnętrznego oscyloskopu. Przełącznik (teŜ z tyłu przystawki) pozwala na wybranie sygnału
wyzwalającego: podawanego na wejście "A" lub na wejście "B" przystawki (ustawiamy w poz. B). Przełącznik wybierający
źródło wyzwalania oscyloskopu powinien być ustawiony w pozycji "EXT" a nie "INT". Przełącznik określajacy sposób
przełączania dwukanałowego powinien być w pozycji "CHOP" (czyli siekanie) a nie w pozycji "ALT" (klawisz ALT/CHOP
powinien być wciśnięty) - dotyczy to oscyloskopu GOS-620. Przełącznik "COUPLING" (dotyczy oscyloskopu 3502C)
najlepiej jest ustawić w pozycji "AC". Zaleca się, by przełącznik "AUTO/NORM" był w pozycji AUTO (w oscyloskopie
3502C wciśnięty odpowiedni klawisz). NaleŜy zwrócić uwagę, aby w oscyloskopie nie był wciśnięty klawisz "INV" (invert)
odwracający obraz w jednym z kanałów. Czułości kanałów oscyloskopu powinny wynosić: 5V/cm (kanał A) i 2V/cm (kanał B).
W przystawce dwukanałowej powinny być wciśnięte klawisze dzielników napięcia wejściowego oznaczone napisem "2x" oraz
powinien być wciśnięty klawisz oznaczony napisem "SIEK".
Wskazane jest pokrętłami przesuwu pionowego obrazu w oscyloskopie i w przystawce (wykorzystujemy znajdujące się
w przystawce pokrętła oznaczone symbolem oraz pokrętła oznaczone napisami UWEA i UWEB) ustawić na ekranie obrazy
kolejnych sygnałów, np., poczynając od góry: na wejściu pierwszego przerzutnika, na wyjściu pierwszego przerzutnika, na
wyjściu ostatniego przerzutnika. Po dokonaniu powyŜszych ustawień dokonujemy odrysowania z ekranu oscyloskopu
przebiegów w czasie napięć (a tym samym i stanów logicznych) na wejściu i na wyjściach licznika. Pojawiajace się w czasie
kombinacje stanów logicznych na wyjściach licznika reprezentują konkretne liczby. Podczas tworzenia wykresów pierwszych
trzech obserwowanych przebiegów naleŜy pomiędzy wykresami przebiegów stanów logicznych na wyjściu pierwszego
przerzutnika i na wyjściu ostatniego przerzutnika zostawić stosowne miejsce na wykresy przebiegów stanów logicznych na
wyjściach przerzutników znajdujących się pomiędzy pierwszym a ostanim przerzutnikiem.
Rys. 1. Połączenie licznika z generatorem i zespołem oscyloskopu trójkanałowego.
Zamieszczony rysunek 1 przedstawia schemat układu badawczego liczników liczących mod 8. "We" oznacza tu wejście
zbudowanego licznika, "WyA" - wyjście pierwszego przerzutnika, "WyB" - wyjście drugiego przerzutnika, "WyC" - wyjście
trzeciego (tu ostatniego) przerzutnika. Dla punktu 3-go ćwiczenia sonda druga (s2) powinna być przyłączona do "WyD".
Rys. 2. Schematy logiczne układów scalonych: UCY7476, UCY7400, UCY7410 i
UCY74192.
Roman Kazański, Lublin,
2 października 2012r. (plik ilisyn.doc)