Pobierz
Transkrypt
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