Ćwiczenie 9

„Sekwencyjne układy logiczne ”

1. Czynności do wykonania przed przystąpieniem do ćwiczenia:

1. Policzyć instrukcje do ćwiczenia (powinno być 5 kopii) - jeśli brakuje należy zgłosić to prowadzącemu.

2. Zapoznać z instrukcją obsługi urządzeń pomiarowych:

• multimetru cyfrowego Extech 430

• generatora funkcyjnego NDN DF

• oscyloskopu analogowego Protek 3502C lub oscyloskopu cyfrowego Owon PDS5022S

oraz zanotować w sprawozdaniu ich numery seryjne.

3. Jako wprowadzenie do ćwiczenia przeczytać

• Rozdział 11 pt. „Przerzutniki” oraz Rozdział 12 pt. „Liczniki cyfrowe” z skryptu Politechniki Częstochowskiej „Podstawy elektroniki. Laboratorium” Częstochowa 2002; od strony 79 do strony 89 włącznie

• Schemat połączeń płytki laboratoryjnej M12 wykorzystywanej w tym ćwiczeniu wraz z rozmieszczeniem poszczególnych elementów na płytce drukowanej, który dołączony jest na końcu instrukcji.

1. Wszystkie obliczenia, tabelki oraz wykresy uzupełniamy w szablonie sprawozdania, a nie w TEJ instrukcji.

2. W sprawozdaniu w punkcie „Schemat blokowy”, rysujemy zawsze schemat blokowy układu pomiarowego aktualnie wykorzystywanego w ćwiczeniu.

3. Moduły dydaktyczne wyciągamy z zasilacza za przeznaczony do tego celu uchwyt, znajdujący się w dolnej części panelu czołowego.

UWAGA. Sposób pomiaru współczynnika wypełnienia impulsów za pomocą oscyloskopu zawarty jest w dodatku na końcu instrukcji.

2. Przebieg ćwiczenia

1. Badanie synchronicznego przerzutnika typu D z asynchronicznymi wejściami: ustawiającym i zerującym.

• Ustawić przełącznik hebelkowy znajdujący się na płytce modułu M14 w pozycję dolną (oznaczoną „0-15”)

• Umieścić moduł dydaktyczny M14 w zasilaczu.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• UWAGA. Zasada jest następująca: ustawiamy wejście Clk na 1, następnie ustawiamy odpowiednio dla danej kolumny pozostałe wejścia, czyli Reset, Set oraz D, następnie przestawiamy Clk na 0 i znowu na 1 i dopiero wtedy odczytujemy wyjścia
  oraz
  .

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego włączyć zasilacz.

• Zmieniając ustawienia przełączników Reset,Set,Clk oraz D obserwować jak zachowują się wyjścia
  oraz
  wyniki obserwacji zanotować w tabeli

sygnał	Stan logiczny sygnału
Reset	0	0	0	0	1	1	1	1
Set	0	0	1	1	0	0	1	1
D	0	1	0	1	0	1	0	1
Clk	101	101	101	101	101	101	101	101
	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1
	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1	0 lub 1

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilacz i wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa.

1. Badanie licznika modulo 2 zbudowanego na przerzutniku D.

• Odnaleźć na generatorze, wyjście sygnału TTL (TTL/CMOS OUT) i tam podłączyć trójnik BNC.

• Jeden z końców trójnika połączyć zielonym kablem BNC z kanałem Y oscyloskopu.

• Do drugiego wyjścia trójnika podłączyć czarny kabel BNC (jest to szczególny kabel, posiadający z drugiej strony dwa „krokodylki”).

• Przygotować multimetr do pomiaru współczynnika wypełnienia

• Wspomniane krokodylki połączyć stabilnie z końcówkami pomiarowymi multimetru i zabezpieczyć przed przypadkowym zwarciem.

• Wyciągnąć pokrętło generatora oznaczone PULL TO TTL CMOS LEVEL.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego włączyć generator, zasilacz, oscyloskop oraz multimetr.

• Korzystając z pokręteł PULL TO VAR RAMP/PULSE oraz PULL TO INV AMPLITUDE (szczegóły w instrukcji obsługi generatora) znaleźć maksymalną i minimalną wartość współczynnika wypełnienia jaką można uzyskać z generatora. Wartość współczynnika wypełnienia mierzymy multimetrem, jednocześnie obserwując przebieg na ekranie oscyloskopu.

• Zmierzone wartości zanotować w sprawozdaniu. Sprawdzić jakie wartości podał producent, zapisać je również w sprawozdaniu i porównać z rzeczywistymi.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilanie wszystkich urządzeń i wcisnąć przycisk bezpieczeństwa.

• Odłączyć zielony kabel BNC od oscyloskopu i podłączyć tę końcówkę do wejścia licznika modulo 2 modułu M14 „Licznik modulo 2” Wejście.

• Drugim zielonym kablem BNC połączyć kanał A oscyloskopu z gniazdem modułu M14 oznaczonym jako Licznik modulo 2” Wyj na OSC.

• Czerwonym kablem BNC połączyć kanał B oscyloskopu z gniazdem modułu M14 oznaczonym jako „Licznik modulo 2” Wyjście.

• Włączyć generator, zasilacz, oscyloskop oraz multimetr.

• Ustawić częstotliwość generatora około 1 kHz.

• Odnaleźć przebieg prostokąty na ekranie oscyloskopu.

• Skalibrować oscyloskop

• Do sprawozdania przerysować TRZY PARY oscylogramów dla następujących wartości współczynnika wypełnienia: najmniejsza możliwa do uzyskania z generatora, około 50% oraz największa możliwa do uzyskania z generatora.

• Dla każdej pary zanotować wartość współczynnika wypełnienia wskazywaną przez multimetr, oraz obliczoną na podstawie oscylogramu (metoda wyznaczania współczynnika wypełnienia dołączona jest na końcu instrukcji).

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilanie przyrządów i wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa.

1. Badanie liczników binarnych: synchronicznego (układ scalony SN74LS161AN) i asynchronicznego (układ scalony SN74LS93N).

• Przepiąć zielony kabel BNC z wejścia licznika modulo 2 do wejścia licznika 4 bitowego.

• Przepiąć drugi zielony kabel BNC od wyjścia na oscyloskop licznika modulo 2 i przypiąć go do wyjścia na oscyloskop licznika 4 bitowego.

• Czerwony kabel odpiąć i odłożyć na miejsce.

• Poprosić prowadzącego o zgodę na wyjęcie modułu M14 z zasilacza

• Po uzyskaniu zgody wyjąć płytkę z zasilacza i umieścić na stole.

• Podczas pomiarów płytka będzie leżała na stole laboratoryjnym, należy więc zachować ostrożność, aby uniknąć porażenia prądem.

• Do leżącej na stole płytki podłączyć zasilanie specjalnym kablem. (Nie odgrywa roli kierunek podłączenia gniazda do płytki).

• Upewnić się, że przełącznik hebelkowy nadal jest w pozycji dolnej.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego włączyć zasilacz, oscyloskop i generator.

• Ustawić częstotliwość generatora na około
  

• Obserwować kolejne stany diod wyjściowych licznika synchronicznego (układ scalony SN74LS161AN) oraz asynchronicznego (układ scalony SN74LS93N) i zapisywać je kolejno w poniższej tabeli. Przed rozpoczęciem pomiarów wcisnąć na krótką chwilę przycisk Reset.

	liczniki synchroniczny (układ scalony SN74LS93N)					licznik asynchroniczny (układ scalony SN74LS161AN)
stany:	MSB	LED2	LED1	LSB	wartość dziesiętna liczby	MSB	LED2	LED1	LSB	wartość dziesiętna liczby
zerowanie
pierwszy
Drugi
itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.

• Pomiary spisać przynajmniej dla dwóch pełnych cykli pracy liczników.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

1. pomiar opóźnienia sygnału wyjściowego podzielnika przez 16 zrealizowanego na liczniku synchronicznym (układ scalony SN74LS161AN) i asynchronicznym (układ scalony SN74LS93N).

• Ustawić częstotliwość sygnału na ok.
  

• Przygotować sondy pomiarowe - na obydwu ustawić podzielnik w położenie
  .

• UWAGA: maksymalny czas pracy sond wynosi 20 min

• Odłączyć całkowicie te kable, które są połączone z oscyloskopem

• Podłączyć końcówkę BNC sondy do kanału Y oscyloskopu, czarny krokodylek do masy na płytce (skorzystać ze schematu), zaś końcówkę sygnałową do punktu PP2.

• Podłączyć końcówkę BNC drugiej sondy do kanału X oscyloskopu, czarny krokodylek do masy na płytce, zaś końcówkę sygnałową do punktu PP1.

• Odnaleźć oba przebiegi na oscyloskopie i skalibrować go.

• Ustawić czułość kanałów tak, aby przebiegi były maksymalnie rozciągnięte w pionie

• Ustawić pokrętło podstawy czasu na
  .

• Za pomocą przycisku SLOPE na oscyloskopie uzyskać kształt zbocza narastającego

• Ustawić zbocze na środku ekranu

• Za pomocą przycisku rozciągu podstawy czasu rozciągnąć oscylogram, upewnić się, że oscyloskop jest skalibrowany i zmierzyć opóźnienie odpowiedzi jednego licznika względem drugiego. Wynik zanotować w sprawozdaniu.

• Do sprawozdania bardzo dokładnie przerysować uzyskany oscylogram.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego zachowując ostrożność odłączyć obie sondy od płytki i położyć je na miejsce.

1. obserwacja niestandardowego zliczania impulsów wejściowych

• ustawić przełącznik hebelkowy na płytce w pozycję górną (oznaczoną 3-13)

• Poprosić prowadzącego o włączenie zasilania.

• Ustawić częstotliwość generatora na około
  

• Obserwować kolejne stany diod wyjściowych licznika synchronicznego (układ scalony SN74LS161AN) oraz asynchronicznego (układ scalony SN74LS93N) i zapisywać je kolejno w poniższej tabeli. Przed rozpoczęciem pomiarów wcisnąć na krótką chwilę przycisk Reset.

	liczniki synchroniczny (układ scalony SN74LS93N)					licznik asynchroniczny (układ scalony SN74LS161AN)
stany:	MSB	LED2	LED1	LSB	wartość dziesiętna liczby	MSB	LED2	LED1	LSB	wartość dziesiętna liczby
zerowanie
pierwszy
drugi
itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.	itd.

• Pomiary spisać przynajmniej dla trzech pełnych cykli pracy liczników.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Wyłączyć zasilacz i wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa.

3. Czynności porządkowe

• Policzyć instrukcje (powinno być 5 kopii) i jeśli ilość się zgadza ułożyć w takim samym porządku jak przed rozpoczęciem ćwiczenia (jeśli ilość się nie zgadza zgłosić to prowadzącemu).

• Odłączyć wszystkie kable od zasilania.

• Poukładać kable na stanowisku tak, jak przed rozpoczęciem zajęć.

• Uporządkować krzesła !

• Pozostawić po sobie porządek

Dodatek A. Metoda pomiaru współczynnika wypełnienia impulsów:











Aby zmierzyć współczynnik wypełnienia impulsów dla sygnału prostokątnego mierzymy w działkach czas trwania impulsu i oznaczamy jako t. Następnie mierzymy (również w działkach) okres sygnału i oznaczamy go jako T. Współczynnik wypełnienia jest obliczamy ze wzoru
(jeżeli potrzebny jest on w procentach to ze wzoru
)..

T

t