CHARAKTERYSTYKI BRAMEK CYFROWYCH TTL

Transkrypt

1 CHARAKTERYSTYKI BRAMEK CYFROWYCH TTL. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie zasad działania, budowy i właściwości podstawowych funktorów logicznych wykonywanych w jednej z najbardziej rozpowszechnionych technik realizacji układów cyfrowych. WSTĘP Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości elementarnych bramek logicznych TTL. Układ badany umożliwia określenie tablic stanów logicznych dwuwejściowych bramek NAND i, obserwacje statycznych charakterystyk przejściowych u wy (u we ) 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 sterowanych impulsowo. 3. OPIS TECHNICZNY BADANEGO UKŁADU (WKŁADKA DN0A) Wkładka DN0A zawiera kilka niezależnych układów, badanych w poszczególnych etapach. Układ przedstawiony na Rys.a) służy do określania tablicy stanów bramek NAND i. Wskaźnikiem stanu wysokiego są diody świecące o barwie czerwonej, umieszczone na płytce drukowanej w pobliżu odpowiedniego układu scalonego. a) Wejścia TTL B R 50 D4 CQYP 40 b) Wejścia impulsowe B3 WY NAND B4 B R 50 D5 CQYP 40 B5 B6 c) 3 WY 03 B7 B8 R C k +5V WE XY D6 B9 B0 WY XY 00 AAY37 B B Rys.. Schemat wkładki DN0A (część pierwsza) Obserwacje przebiegów czasowych na wyjściach bramek NAND i, sterowanych przebiegami impulsowymi, przeprowadza się w układzie pokazanym na Rys.b) Bramki B 4 i B 6 stanowią obciążenie bramek badanych B 3 i B 5. Na Rys.c) przedstawiono schemat układu, w którym dokonuje się obserwacji charakterystyk przejściowych trzech rodzajów bramek TTL: standardowej 7400, z otwartym kolektorem 7403 lub z pętlą histerezy 743, wybieranych przełącznikiem klawiszowym Wygląd płyty czołowej i rozmieszczenie elementów na wkładce DN0A przedstawiają odpowiednio Rys. i Rys.3)

2 DN 0A Rys.. Płyta czołowa wkładki DN0A, transfer charakteristics input X Y output pulse NAND inputs outputs TTL inputs ECL inputs OR B, B B B, B B NAND 5, 6 3, B, 7 B8 B, 9 B0 B, B D5 D4 b US UL a c d Bramka ECL e ECL outputs Rys.3. Rozmieszczenie elementów na wkładce. nor ipe 4. WYKAZ WKŁADEK POMOCNICZYCH: Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące przyrządy pomocnicze: - generator stanów logicznych dwuwyjściowy SN, - wkładka charakterograficzna dwukanałowa SN7, - podwójny generator impulsów TTL SN3, 5. OPIS TECHNICZNY WKŁADEK POMOCNICZYCH 5. Generator stanów logicznych TTL SN (SN) Generator stanów logicznych TTL SN służy do niezależnego sterowania dwu wejść dowolnego układu logicznego TTL (generator SN - czterech) statycznym, ręcznie przełączanym sygnałem logicznym. Przełączanie wartości tego sygnału dokonuje się przełącznikiem suwakowym, znajdującym się na płycie czołowej, osobno dla każdego wyjścia Napięcie stanu wysokiego typ V Napięcie stanu niskiego typ. 0. V Obciążalność wyjścia 9 Maks. pobór prądu z zasilacza 0 (SN 0) ma Rys.4. Schemat ideowy dwuwyjciowego generatora stanów logicznych TTL SN Rys.5. Płyty czołowe generatorów stanów logicznych TTL SN i SN

3 Generator stanów logicznych TTL SN składa się z dwóch (SN - 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. Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7 Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7 (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. Rys.6. Płyta czołowa wkładki Amplituda napięcia wyjściowego regulowana w zakresie: charakterograficznej XY połówka dodatnia V dwukanałowej SN7 połówka ujemna V 5.3 Podwójny generator impulsów TTL SN3 Podwójny generator impulsów TTL SN3 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 B, B, B 3 ), determinującego częstotliwość przebiegów wyjściowych, oraz dwóch podwójnych-scalonych przerzutników monostabilnych (US, US 3 ), które realizują określone opóźnienia i generują impulsy wyjściowe (Rys.8). Impulsy na wyjściu pierwszym generowane są w drugim przerzutniku monostabilnym układu scalonego US, z opóźnieniem wnoszonym przez pierwszy przerzutnik tego układu (por. rysunek Rys.7. Płyta czołowa podwójnego generatora impulsów SN3

4 przebiegów na Rys.8). Impulsy na wyjściu drugim generowane są natomiast w drugim przerzutniku monostabilnym układu scalonego US 3, również z opóźnieniem wnoszonym przez przerzutnik pierwszy tego układu, przy czym opóźnienie to jest regulowane za pomocą potencjometru R 0. Rys.8, Schemat ideowy podwójnego generatora impulsów SN3 Impulsy wyzwalające kształtowane są w układzie różniczkującym C, R 3 współpracującym z bramką B 4 Impuls "pierwszy" (WY ) czas trwania 5 ms opóźnienie względem impulsów wyzwalających 3,5 ms Impuls "drugi" (WY ) czas trwania czas trwania ms opóźnienie względem impulsów wyzwalających regulowane w zakresie 0 ms opóźnienie względem impulsu "pierwszego" ms Pozostałe parametry impulsów zgodne z standard TTL Maksymalny pobór prądu z zasilacza +5 V 60 ma 6. OBSERWACJE I POMIARY 6.. Określanie stanów logicznych bramek Wykorzystując wkładkę DN 0A określić tablicę stanów logicznych bramek i NAND 6.. Obserwacja przebiegów czasowych na wyjściu bramek NAND i sterowanych impulsowo a) Wykorzystując oscyloskop dwukanałowy zbadać działanie generatora impulsów (wkładka SN3) b) Wykorzystując różne kombinacje sygnałów impulsowych wejściowych, jakie można uzyskać z podwójnego generatora impulsów TTL SN3, zrealizować dla bramki lub NAND kilka przebiegów czasowych.. Uzyskane przebiegi przerysować do protokołu łącznie z przebiegami wejściowymi. c) Ustalić jak są traktowane przez bramki NAND i 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 Obserwacji charakterystyk należy dokonać za pomocą wkładki charakterograficznej SN7.

5 7. OPRACOWANIE WYNIKÓW. Wykazać związek uzyskanych w p 6..b przebiegów z tablicą stanów funkcji, lub NAND, np. przez opisanie stanów wejść i wyjścia bramki na narysowanych przebiegach w poszczególnych odcinkach czasu.. Wyjaśnić, uwzględniając budowę wewnętrzną bramek NAND i, 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