Laborationshandledning

Laborationshandledning Utbildning: ED Ämne: TNGE11 Digitalteknik Laborationens nummer och titel: Nr 5 Del A: Schmittrigger Del B: Analys av sekvensnät Laborant: E-mail: Medlaboranters namn: Handledarens namn: Kommentarer från laborationsrättaren: Utförd: Retur: Inlämnas senast: Inlämnas senast efter retur: Godkänd:

Linköpings Universitet 2009-08-18 Campus Norrköping/ITN Stig Björklund / Per-Johan Samuelsson A. Schmittriggern 1. UPPGIFT Att undersöka funktionen hos Schmittriggern med tillämpningar 2. FÖRBEREDELSEUPPGIFTER del A ( Klart när Du kommer till lab!) Dessa förberedelser gör du tillsammans med din laborationspartner. Svaren till förberedelseuppgifterna nedan skriver ni på separat blad (använd blyerts/sudd/linjal eller dator ) om inget annat anges. Svaren till förberedelseuppgifterna lämnas in innan laborationen enligt anvisningar. Skriv rubriken (understruken) samt era namn och E-mail, se exempel nedan: (OBS! Se till att ni har varsitt ex av svaren/lösningarna till förberedelseuppgifterna, bra att ha när ni repeterar och tentamensläser) Svar till förberedelsefrågor för laboration 5 i kursen Digitalteknik, TNGE11 Namn : Pelle Pellesson Namn: Lisa Lisasdotter E-mail: pelpe345@student.liu.se E-mail: lisli567@student.liu.se Förberedelser ska vara inlämnade två dagar före labb-tillfälle. Inlämnas i plåtskåp på plan 5 Täppan eller direkt till handledare. Datablad hittar du på It s learning, Kurs: TNGE11 Digitalteknik, mapp:datablad Schmitt-triggern och Schmitt-triggeroscillatorn Här ska du bekanta dig med Schmittriggerkretsen: TTL 74LS14 En typisk applikation med Schmitt-triggern är som buffert för att regenerera (återskapa) dämpade eller störda digitala signaler. En annan är att med Schmitttriggern bygga en fyrkantvågsoscillator att användas t.ex som klocksignal till synkrona sekvensnät. 2.1a Börja med att studera sidorna 8 och 9. På sidan 8 ser du hur utsignalen V O ser ut för en given insignal V I. Låt nu istället insignalen var en sinus-formad spänning med topp-toppvärdet 5 V, spänningen varierar från 0 V till 5 V. Den sinusformade insignalen har frekvensen 10 khz. Rita insignalen, ta med 2 perioder, och motsvarande utsignal, gradera spänningsaxeln och tidsaxeln. 2.1b På sidan 9 kan du läsa om Schmitt-triggern som fyrkantvåggenerator.. Vilka faktorer är det som påverkar vilken frekvens fyrkantvågen får? Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 2

2. FÖRBEREDELSEUPPGIFTER del A (fortsättning) 2.2 Matningsspänningen för TTL-kretsen 74LS14 ansluts till pinnarna GND och V CC, Supply voltage. a) Vilket är det minsta värdet, V CCmin som vi kan ha på matningsspänningen? b) Vilket är det största värdet, V CCmax som vi kan ha på matningsspänningen? På laborationen kommer du att använda matningsspänningen: V CC = 5 V och GND = 0 V för TTL-kretsen 74LS14. I datablad till 74LS14 (under "description") kan Du se hur tröskelspänningarna V T+ och V T- är definierad. ( T i V T står för engelskans Threshold som betyder tröskel ) 2.3 Beskriv med ett par meningar vad beteckningen a) V T+ står för? b) V T- står för? 2.4 Beskriv med ett par meningar vad beteckningen a) V OL står för? b) V OH står för? 2.5 Fyll i databladsuppgifter för 74LS14 i tabellen nedan. På laborationen fyller ni sedan i kolumnen Uppmätt och kan då jämföra hur databladsvärdena stämmer med uppmätta värden. V OL V OH V T+ V T- TTL 74LS14 Datablad Uppmätt Min Typ Max Tabell 1: Jämförelse mellan databladsvärden och mätvärden 2.6 Ta reda på vilka bennummer som matningsspänning, in- och utgång har för 74LS14 och skriv in detta anvisad plats på sidan 4. OBS! Förberedeleserna till del B hittar du på sidan 5 Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 3

3. UTRUSTNING del A Spänningsaggregat, oscilloskop, voltmeter ( 2 st ) kopplingsdäck, box med switchar och lysdioder. TTL-kretsen: 74LS14 4. UTFÖRANDE del A Bestäm tröskelspänningarna mm för TTL 74LS14 Koppla upp, med 74LS14, enligt schema nedan. Reglera spänningen E (spänningskällan) och mät upp spänningar V OL,V OH, V T+ samt V T+ och för in värdena tabell 1 på föregående sida. Jämför med databladsvärden. V CC = + 5V för 74LS14 R = 330 Ω E V I V O GND = 0 V för 74LS14 Fig 1: Kopplingsschema vid mätning på 74LS14 Bennummer för 74LS14: V CC : GND: Ingång:.. Utgång:... Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 4

B. Analys av sekvensnät 5. UPPGIFT Att analysera funktionen hos en D-vippa Att analysera sekvensnät 6. FÖRBEREDELSEUPPGIFTER del B ( Klart när Du kommer till lab!) 6.1 Studera i datablad funktionen hos 74LS174 och 74LS175. a) Vad är skillnaderna mellan 74LS174 och 74LS175? b) På vilken flank triggar vipporna i kapseln 74LS175? c) Rita, i diagram nedan, in den förväntade utsignalen Q för D-vippan 74LS175 med signaler på klocka, data D samt clear CLR, i diagram nedan. d) Sätt ut bennummer i symbolen för D-vippan (74LS175) nedan. D Q Q CLR t CLR D Q Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 5

6. FÖRBEREDELSEUPPGIFTER del B (fortsättning) 6.2 a) Analysera sekvensnätet nedan genom att göra tillståndstabell för nätet. Observera att signalen restna är asynkron ( direktverkande styrs ej av klocksignalen) så den har du inte med i tillståndstabellen. b) Rita tillståndsdiagram (tillståndsgraf) för sekvensnätet. c) Vilken funktion har nätet? d) Sätt ut ben-nummer på samtliga kretsar nedan, D-vipporna är 74LS175. resetna D Q q 0 CLR & & D Q q 1 & CLR 6.3 a) Gör tillståndstabell för sekvensnätet i fig 2.51 på sidan 88 i läroboken. b) Rita tillståndsdiagram för sekvensnätet. c) Använd de Morgans lagar och skriv om D-funktionerna så att du kan rita nätet, med enbart 2-ingångars NAND och 3-ingångars NAND förutom de 2 D-vipporna förstås. d) Sätt ut bennummer i schemat 6.4 Bygg en 4-bitars asynkron räknare med hjälp av 4 st D-vippor. I en synkron räknare har alla vippor en gemensam klocksignal. I denna asynkrona räknare låter du klocksignalen gå till vippan 0:s klockingång, sedan får vippa 0:s utsignal (Q eller Q, vilken?) bli klocka till vippa 1 o.s.v. Rita nätet, sätt ut bennummer. Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 6

7. UTRUSTNING del B Spänningsaggregat, kopplingsdäck, box med switchar och lysdioder. TTL-kretsarna: 74HCT00, 74LS175, 74HCT10 8. UTFÖRANDE del B I kopplingarna nedan kan du skapa flankerna med knappar på kopplingsboxen ( var observant på att alla boxar är inte OK, kan ge flera flanker vid en knapptryckning)upp med att ELLER generera, flankerna med en fyrkantvåg (0 --> 5 V) som du tar från en funktionsgenerator. OBS! Kontrollera med oscilloskop att signalen är OK innan Du ansluter till räknaren. Se upp med Offset så att klockan inte har negativt värde!) 8.1 D-vippan Koppla upp och verifiera D-vippans funktion med de insignaler (,CLR och D) som anges i diagram i förberedelseuppgift 6.1. Visa handledaren! Godkänd:.. 8.2 Sekvensnät Koppla upp sekvensnätet i avsnitt 6.2 med kretsarna 74LS175 och 74HCT00. Undersök funktionen för nätet. Denna bör stämma överens med förberedelseuppgiften. Om ej undersök varför. Visa handledaren! Godkänd:.. 8.3 Räknare med synkron reset Koppla nu upp sekvensnätet som du ritat i förberedelseuppgift 6.3. Stämmer teori och praktik?. Visa handledaren! Godkänd:.. 8.4 4-bitars asynkron räknare Koppla nu upp din asynkrona räknare enligt kopplingsschemat i förberedelseuppgift 6.4. Utgångarna kopplar du till 4 st lysdioder (LED). Visa handledaren! Godkänd:.. Om du har laborationstid kvar: 8.5 Anslut din räknare till en avkodare 9368 som du ansluter till en 7-segmentdisplay. Se datablad från tidigare laboration. 9. BEARBETNING ( Laborationsredogörelse ) Bifoga förberedelseuppgifterna Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 7

Schmitt-triggern Schmitt-triggern är en nivåkännande krets som finns som IC-krets. En av de Schmitt-triggerkretsar Du kommer att använda Dig av på laborationerna är TTL-kretsen 74LS14. Hur Schmitt-triggern är uppbyggd ser Du under "schematics" i databladshäftet. I figur 1 visas Schmitt-triggerns symbol. I databladet för 74LS14 hittar Du utsignalen som funktion av insignalen. Lägg märke till att omslagsnivån är olika för växande insignal (V T+ = 1,6 V cirka) och för avtagande insignal (V T- =0,8 V cirka). Man säger att Schmitt-triggern har hysteresegenskaper. Figur 1: V I V O I figur 2 ser Du hur utsignalen V O ser ut för insignalen V I. Figur 2: V I V T+= 1,6 V V T- = 0,8 V Tid V O I digitala system krävs pulser med givna nivåer (t.ex 0V motsvarar digital 0:a och 5V motsvarar digital 1:a). Om yttre kretsar ska anslutas till digitala system måste man därför ofta sätta in s k "interface"-kretsar mellan det digitala systemet och de yttre kretsarna. Schmitt-triggern används ofta i dessa sammanhang. Exempel på användningsområden ser Du i databladshäftet under "Typical Application Data". Tid Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 8

Schmitt-triggern som fyrkantvåggenerator Genom återkoppling, enligt figur 3, kan Schmitt-triggern fungera som fyrkantvåggenerator. Figur 3: R + + U C - C U ut - Funktionsbeskrivning: (Se figur 3 och 4) 1. När Matningsspänningen V CC ansluts antas C oladdad. Då är U c = 0 och U ut är hög (V OH ). 2. Nu kommer U c att växa genom att C laddas upp, med tidskonstanten τ=rc, via resistorn R. 3. När U c nått V T+ kommer U ut att bli 0 (V OL ) 4. Nu är U ut < U c och kondensatorn kommer att laddas ur vilket innebär att U c minskar. 5. U c sjunker från V T+ till V T- och efter tiden t 1 blir nu U ut hög (V OH ). 6. Kondensatorn uppladdas och efter tiden t 2 blir U ut låg (V OL ). 7. o.s.v Figur 4: Frekvensen på U ut fås som f = 1/(t 1 + t 2 ) För 74LS14 kan Du använda uttrycket f = 0,64/RC som ger ett ungefärligt värde på f. R=330 ohm Lab5_Analys_sekvensnät_TNGE11_ht09 9