40
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu SpołecznegoMINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Bogumiła Maj Badanie układów uzależnień czasowych 311[07].Z2.02 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

13. Badanie układów uzależnień czasowych

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ

Bogumiła Maj Badanie układoacutew uzależnień czasowych 311[07]Z202 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji ndash Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 1

Recenzenci mgr inż Anna Kembłowska mgr inż Anna Niczyporuk Opracowanie redakcyjne mgr inż Danuta Pawełczyk Konsultacja mgr inż Gabriela Poloczek Korekta

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[07]Z202 bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo - zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektronik

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji ndash Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 2

SPIS TREŚCI 1 Wprowadzenie 3 2 Wymagania wstępne 5 3 Cele kształcenia 6 4 Materiał nauczania 7

41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 7 411 Materiał nauczania 7 412 Pytania sprawdzające 9 413 Ćwiczenia 10 414 Sprawdzian postępoacutew 12

42 Scalone przerzutniki monostabilne 13 421 Materiał nauczania 13 422 Pytania sprawdzające 18 423 Ćwiczenia 18 424 Sprawdzian postępoacutew 20

43 Scalone układy czasowe 21 431 Materiał nauczania 21 432 Pytania sprawdzające 28 433 Ćwiczenia 29 434 Sprawdzian postępoacutew 31

5 Sprawdzian osiągnięć 32 6 Literatura 39

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 3

1 WPROWADZENIE

Jednostka modułowa 311[07]Z202 - bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo ktoacuterej treść teraz poznasz jest jedną z jednostek poszerzających jednostkę modułową ogoacutelnozawodową - 311[07]0202- bdquoMontowanie układoacutew cyfrowych i pomiary ich parametroacutewrdquo i umożliwia wraz z pozostałymi jednostkami modułu zawodowego 311[07]Z2- bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo ukształtowanie umiejętności montowania podstawowych układoacutew cyfrowych pomiaroacutew ich parametroacutew i sporządzania przebiegoacutew czasowychndash schemat str4

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i zasadzie działania

układoacutew czasowych oraz sposobach ich badania Poradnik ten zawiera

1 Wymagania wstępne czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości ktoacutere powinieneś mieć opanowane aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej

2 Cele kształcenia tej jednostki modułowej 3 Materiał nauczania (rozdział 4) ktoacutery umożliwia samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianoacutew Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źroacutedła informacji

4 Zestaw ćwiczeń do każdej partii materiału ktoacutere zawierają minus pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia minus wykaz materiałoacutew i sprzętoacutew potrzebnych do realizacji ćwiczenia minus sprawdzian umiejętności praktycznych

1 Zestaw pytań umożliwiający sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu ćwiczeń Wykonując sprawdzian postępoacutew powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie co oznacza że opanowałeś materiał albo nie Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia to poproś nauczyciela lub instruktora

2 Sprawdzian osiągnięć - przykładowy zestaw zadań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem osiągnięcia umiejętności praktycznych określonych w tej jednostce modułowej

3 Literaturę uzupełniającą Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminoacutew przepisoacutew bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych wynikających z rodzaju wykonywanych prac Przepisy te poznałeś już częściowo podczas trwania nauki a częściowo poznasz w trakcie realizacji tej jednostki

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 4

Schemat modułu 311[07]Z2 bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo

311[07]Z2 BADANIE UKŁADOacuteW

CYFROWYCH

311[07]Z201 Badanie podstawowych układoacutew

cyfrowych

311[07]Z202 Badanie układoacutew uzależnień czasowych

311[07]Z203 Badanie układoacutew sprzęgających

311[07]Z204 Badanie układoacutew transmisji sygnałoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 2: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 1

Recenzenci mgr inż Anna Kembłowska mgr inż Anna Niczyporuk Opracowanie redakcyjne mgr inż Danuta Pawełczyk Konsultacja mgr inż Gabriela Poloczek Korekta

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[07]Z202 bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo - zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik elektronik

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji ndash Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 2

SPIS TREŚCI 1 Wprowadzenie 3 2 Wymagania wstępne 5 3 Cele kształcenia 6 4 Materiał nauczania 7

41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 7 411 Materiał nauczania 7 412 Pytania sprawdzające 9 413 Ćwiczenia 10 414 Sprawdzian postępoacutew 12

42 Scalone przerzutniki monostabilne 13 421 Materiał nauczania 13 422 Pytania sprawdzające 18 423 Ćwiczenia 18 424 Sprawdzian postępoacutew 20

43 Scalone układy czasowe 21 431 Materiał nauczania 21 432 Pytania sprawdzające 28 433 Ćwiczenia 29 434 Sprawdzian postępoacutew 31

5 Sprawdzian osiągnięć 32 6 Literatura 39

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 3

1 WPROWADZENIE

Jednostka modułowa 311[07]Z202 - bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo ktoacuterej treść teraz poznasz jest jedną z jednostek poszerzających jednostkę modułową ogoacutelnozawodową - 311[07]0202- bdquoMontowanie układoacutew cyfrowych i pomiary ich parametroacutewrdquo i umożliwia wraz z pozostałymi jednostkami modułu zawodowego 311[07]Z2- bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo ukształtowanie umiejętności montowania podstawowych układoacutew cyfrowych pomiaroacutew ich parametroacutew i sporządzania przebiegoacutew czasowychndash schemat str4

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i zasadzie działania

układoacutew czasowych oraz sposobach ich badania Poradnik ten zawiera

1 Wymagania wstępne czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości ktoacutere powinieneś mieć opanowane aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej

2 Cele kształcenia tej jednostki modułowej 3 Materiał nauczania (rozdział 4) ktoacutery umożliwia samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianoacutew Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źroacutedła informacji

4 Zestaw ćwiczeń do każdej partii materiału ktoacutere zawierają minus pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia minus wykaz materiałoacutew i sprzętoacutew potrzebnych do realizacji ćwiczenia minus sprawdzian umiejętności praktycznych

1 Zestaw pytań umożliwiający sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu ćwiczeń Wykonując sprawdzian postępoacutew powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie co oznacza że opanowałeś materiał albo nie Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia to poproś nauczyciela lub instruktora

2 Sprawdzian osiągnięć - przykładowy zestaw zadań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem osiągnięcia umiejętności praktycznych określonych w tej jednostce modułowej

3 Literaturę uzupełniającą Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminoacutew przepisoacutew bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych wynikających z rodzaju wykonywanych prac Przepisy te poznałeś już częściowo podczas trwania nauki a częściowo poznasz w trakcie realizacji tej jednostki

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 4

Schemat modułu 311[07]Z2 bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo

311[07]Z2 BADANIE UKŁADOacuteW

CYFROWYCH

311[07]Z201 Badanie podstawowych układoacutew

cyfrowych

311[07]Z202 Badanie układoacutew uzależnień czasowych

311[07]Z203 Badanie układoacutew sprzęgających

311[07]Z204 Badanie układoacutew transmisji sygnałoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 3: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 2

SPIS TREŚCI 1 Wprowadzenie 3 2 Wymagania wstępne 5 3 Cele kształcenia 6 4 Materiał nauczania 7

41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 7 411 Materiał nauczania 7 412 Pytania sprawdzające 9 413 Ćwiczenia 10 414 Sprawdzian postępoacutew 12

42 Scalone przerzutniki monostabilne 13 421 Materiał nauczania 13 422 Pytania sprawdzające 18 423 Ćwiczenia 18 424 Sprawdzian postępoacutew 20

43 Scalone układy czasowe 21 431 Materiał nauczania 21 432 Pytania sprawdzające 28 433 Ćwiczenia 29 434 Sprawdzian postępoacutew 31

5 Sprawdzian osiągnięć 32 6 Literatura 39

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 3

1 WPROWADZENIE

Jednostka modułowa 311[07]Z202 - bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo ktoacuterej treść teraz poznasz jest jedną z jednostek poszerzających jednostkę modułową ogoacutelnozawodową - 311[07]0202- bdquoMontowanie układoacutew cyfrowych i pomiary ich parametroacutewrdquo i umożliwia wraz z pozostałymi jednostkami modułu zawodowego 311[07]Z2- bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo ukształtowanie umiejętności montowania podstawowych układoacutew cyfrowych pomiaroacutew ich parametroacutew i sporządzania przebiegoacutew czasowychndash schemat str4

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i zasadzie działania

układoacutew czasowych oraz sposobach ich badania Poradnik ten zawiera

1 Wymagania wstępne czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości ktoacutere powinieneś mieć opanowane aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej

2 Cele kształcenia tej jednostki modułowej 3 Materiał nauczania (rozdział 4) ktoacutery umożliwia samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianoacutew Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źroacutedła informacji

4 Zestaw ćwiczeń do każdej partii materiału ktoacutere zawierają minus pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia minus wykaz materiałoacutew i sprzętoacutew potrzebnych do realizacji ćwiczenia minus sprawdzian umiejętności praktycznych

1 Zestaw pytań umożliwiający sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu ćwiczeń Wykonując sprawdzian postępoacutew powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie co oznacza że opanowałeś materiał albo nie Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia to poproś nauczyciela lub instruktora

2 Sprawdzian osiągnięć - przykładowy zestaw zadań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem osiągnięcia umiejętności praktycznych określonych w tej jednostce modułowej

3 Literaturę uzupełniającą Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminoacutew przepisoacutew bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych wynikających z rodzaju wykonywanych prac Przepisy te poznałeś już częściowo podczas trwania nauki a częściowo poznasz w trakcie realizacji tej jednostki

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 4

Schemat modułu 311[07]Z2 bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo

311[07]Z2 BADANIE UKŁADOacuteW

CYFROWYCH

311[07]Z201 Badanie podstawowych układoacutew

cyfrowych

311[07]Z202 Badanie układoacutew uzależnień czasowych

311[07]Z203 Badanie układoacutew sprzęgających

311[07]Z204 Badanie układoacutew transmisji sygnałoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 4: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 3

1 WPROWADZENIE

Jednostka modułowa 311[07]Z202 - bdquoBadanie układoacutew uzależnień czasowychrdquo ktoacuterej treść teraz poznasz jest jedną z jednostek poszerzających jednostkę modułową ogoacutelnozawodową - 311[07]0202- bdquoMontowanie układoacutew cyfrowych i pomiary ich parametroacutewrdquo i umożliwia wraz z pozostałymi jednostkami modułu zawodowego 311[07]Z2- bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo ukształtowanie umiejętności montowania podstawowych układoacutew cyfrowych pomiaroacutew ich parametroacutew i sporządzania przebiegoacutew czasowychndash schemat str4

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i zasadzie działania

układoacutew czasowych oraz sposobach ich badania Poradnik ten zawiera

1 Wymagania wstępne czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiadomości ktoacutere powinieneś mieć opanowane aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej

2 Cele kształcenia tej jednostki modułowej 3 Materiał nauczania (rozdział 4) ktoacutery umożliwia samodzielne przygotowanie się do

wykonania ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianoacutew Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną literaturę oraz inne źroacutedła informacji

4 Zestaw ćwiczeń do każdej partii materiału ktoacutere zawierają minus pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia minus wykaz materiałoacutew i sprzętoacutew potrzebnych do realizacji ćwiczenia minus sprawdzian umiejętności praktycznych

1 Zestaw pytań umożliwiający sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu ćwiczeń Wykonując sprawdzian postępoacutew powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie co oznacza że opanowałeś materiał albo nie Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia to poproś nauczyciela lub instruktora

2 Sprawdzian osiągnięć - przykładowy zestaw zadań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem osiągnięcia umiejętności praktycznych określonych w tej jednostce modułowej

3 Literaturę uzupełniającą Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminoacutew przepisoacutew bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych wynikających z rodzaju wykonywanych prac Przepisy te poznałeś już częściowo podczas trwania nauki a częściowo poznasz w trakcie realizacji tej jednostki

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 4

Schemat modułu 311[07]Z2 bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo

311[07]Z2 BADANIE UKŁADOacuteW

CYFROWYCH

311[07]Z201 Badanie podstawowych układoacutew

cyfrowych

311[07]Z202 Badanie układoacutew uzależnień czasowych

311[07]Z203 Badanie układoacutew sprzęgających

311[07]Z204 Badanie układoacutew transmisji sygnałoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 5: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 4

Schemat modułu 311[07]Z2 bdquoBadanie układoacutew cyfrowychrdquo

311[07]Z2 BADANIE UKŁADOacuteW

CYFROWYCH

311[07]Z201 Badanie podstawowych układoacutew

cyfrowych

311[07]Z202 Badanie układoacutew uzależnień czasowych

311[07]Z203 Badanie układoacutew sprzęgających

311[07]Z204 Badanie układoacutew transmisji sygnałoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 6: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 5

2 WYMAGANIA WSTĘPNE

Przed przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć minus charakteryzować podstawowe parametry i funkcje funktoroacutew logicznych i przerzutnikoacutew minus charakteryzować podstawowe parametry układoacutew wykonanych w technologii TTL

i CMOS minus stosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew kombinacyjnych i sekwencyjnych minus montować i uruchamiać proste układy cyfrowe na podstawie schematoacutew ideowych minus lokalizować uszkodzenia w układach na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 7: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 6

3 CELE KSZTAŁCENIA

Po zrealizowaniu procesu kształcenia będziesz umieć minus zastosować tabele prawdy do opisu działania układoacutew uzależnień czasowych minus rozpoznać oznaczenia stosowane na scalonych przerzutnikach monostabilnych minus scharakteryzować podstawowe parametry i funkcje scalonych przerzutnikoacutew monostabilnych minus wykorzystać scalone przerzutniki monostabilne w podstawowych zastosowaniach minus zmierzyć podstawowe parametry układoacutew uzależnień czasowych minus przeanalizować działanie układoacutew uzależnień czasowych na podstawie wynikoacutew pomiaroacutew minus zlokalizować usterki w układach uzależnień czasowych minus zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiaroacutew elektrycznych minus skorzystać z katalogoacutew oraz innych źroacutedeł informacji minus zmontować i uruchomić układy uzależnień czasowych realizujące określone funkcje

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 8: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 7

4 MATERIAŁ NAUCZANIA 41 Parametry przerzutnikoacutew monostabilnych i układoacutew czasowych 411 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne i układy czasowe to generatory pojedynczych impulsoacutew bądź

przebiegoacutew prostokątnych o poziomach napięć wejściowych i wyjściowych zgodnych z obowiązującymi standardami sygnałoacutew cyfrowych TTL CMOS lub innych Stanowią one bardzo ważną grupę układoacutew cyfrowych występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym (np generator impulsoacutew zegarowych) przede wszystkim w części sterującej

Układy cyfrowe często wymagają sygnałoacutew ktoacuterych parametry czasowe są istotne ze względu na działanie układu Parametry te to minus czas trwania impulsu minus częstotliwość minus opoacuteźnienie impulsu

W wielu zastosowaniach istotne są roacutewnież parametry dynamiczne takie jak minus czas ustalania tsetup określający minimalny czas jaki musi upłynąć od ustalenia się sygnału

na wejściu informacyjnym do nadejścia zbocza wyzwalającego minus czas przetrzymywania thold określający minimalne opoacuteźnienie zbocza impulsu

zmieniającego stan wejścia informacyjnego w stosunku do aktywnego zbocza wyzwalającego impulsu ndashRys1

C C JK T D JK T D tsetup thold

Rys1 Ilustracja graficzna a) czas ustalania b) czas przetrzymywania [2s134]

W układach cyfrowych kroacutetkie impulsy (rzędu ns) są zwykle potrzebne do ustawienia układu w stan początkowy (zwykle jest to zerowanie) Wejścia wyzwalające przerzutnikoacutew wymagają roacutewnież kroacutetkich (szpilkowych) impulsoacutew wyzwalających (przede wszystkim dotyczy to przerzutnikoacutew typu MS) dlatego układy generujące kroacutetkie impulsy przy zmianie sygnału wejściowego nazywane są układami wyzwalającymi Do ich wytwarzania można zastosować przerzutniki monostabilne albo układy wykorzystujące naturalne opoacuteźnienia wnoszone przez bramki logiczne przerzutniki lub obwody RC Obecny system oznaczania układoacutew scalonych polskiej produkcji jest objęty normą branżową - BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo Najważniejsze ustalenia dot polskich układoacutew cyfrowych to minus oznaczenie układu scalonego składa się z dwoacutech części literowej i cyfrowej część literowa

składa się z 2 lub 3 liter część cyfrowa składa się z 4 lub 5 cyfr minus pierwsza litera określa technologię wykonania układu

minus U ndash układy poacutełprzewodnikowe monolityczne bipolarne minus H ndash układy hybrydowe minus M ndash układy MOS

minus druga litera oznacza funkcję spełnianą przez układ

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 9: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 8

minus C ndash układy cyfrowe minus L ndash układy analogowe minus R ndash układy inne

minus trzecia litera (lub jej brak) określa przeznaczenia układu minus Y ndash układy do zastosowań profesjonalnych minus A ndash układy do zastosowań specjalnych minus T ndash układy do zastosowań profesjonalnych o zwiększonej niezawodności minus Q - układy do zastosowań specjalnych o zwiększonej niezawodności minus X ndash układy prototypowe doświadczalne lub na zamoacutewienie minus brak litery ndash układy do zastosowań powszechnego użytku

minus pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury pracy minus 4 ndash od ndash55 do +85ordmC minus 5 - od ndash55 do +125ordmC minus 6 - od ndash40 do +85ordmC minus 7 - od 0 do +70ordmC minus 8 - od ndash5 do +85ordmC minus 1 ndash inny zakres

minus pozostałe 3 lub 4 cyfry są liczbą porządkową określającą grupę oraz konkretny typ układu w danej grupie

minus dopuszcza się wprowadzenie dodatkowej litery oznaczającej charakterystyczne właściwości układoacutew minus H ndash układy serii szybkiej minus L ndash układy serii małej mocy minus S ndash układy serii bardzo szybkiej

minus litera umieszczona na końcu oznaczenia określa typ obudowy minus F ndash obudowa płaska metalowa izolowana od układu minus S ndash obudowa płaska metalowa mająca kontakt elektryczny z podłożem układu

i wyprowadzeniami masy minus H ndash obudowa płaska z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus J ndash obudowa dwurzędowa z nieprzewodzącego materiału ceramicznego minus N - obudowa dwurzędowa plastykowa minus L ndash obudowa kubkowa metalowa o wyprowadzeniach umieszczonych kołowo minus K ndash obudowa czterorzędowa plastykowa minus M - obudowa czterorzędowa plastykowa z wkładką radiatorową minus P ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym zagiętym minus T ndash obudowa czterorzędowa plastykowa z radiatorem bocznym prostym minus R ndash obudowa inna Producenci zagraniczni stosują własne oznaczenia głoacutewnie literowe zwykle

charakterystyczne tylko dla konkretnej firmy np dla układoacutew logicznych serii 7400 minus SN74 SN74LS SN74ALS SN74HC SN74HCT itd ndash Texas Instruments minus MC74LS MC74F MC74HC MC74HCT itd ndash Motorolla

Ogoacutelne zasady stosowania układoacutew cyfrowych wynikają z ich cech wspoacutelnych dla wszystkich technologii wykonania tzn określonym poziomom sygnału wyjściowego (1 i 0) dużej szybkości przesyłania informacji obciążalności stromości zboczy sygnałoacutew oraz odporności na zakłoacutecenia Ze względu na dużą szybkość przesyłania danych oraz stromość zboczy nawet stosunkowo kroacutetkie linie przesyłowe należy traktować jak linie długie co dotyczy głoacutewnie układoacutew zrealizowanych w technice TTL oraz ECL (układy MOS mają znacznie

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 10: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 9

dłuższe czasy propagacji) i oznacza ograniczenie częstotliwości przesyłanego sygnału od goacutery Istotną cechą układoacutew cyfrowych jest wartość parametroacutew zasilania np przedział napięć ktoacutere znacznie się roacuteżnią dla roacuteżnych technik wykonania a nawet w obrębie jednej rodziny Napięcie zasilania podstawowej rodziny układoacutew TTL wynosi 5V (475 ndash 525V) ale już dla układoacutew MOS rodziny CMOS może się zmieniać od 3 do 16V Roacuteżne techniki realizacji dodatkowo wpływają na zasady projektowania i montażu układoacutew zbudowanych w oparciu o te elementy Inny jest sposoacuteb zabezpieczania nie wykorzystanych wejść i to zaroacutewno prostych bramek jak i skomplikowanych układoacutew o dużym stopniu scalenia Dla układoacutew TTL przyjęto następujące zalecenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z wykorzystywanymi wejściami tej samej bramki

pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnego obciążenia minus wejścia nie wykorzystane należy łączyć z niezależnym źroacutedłem napięcia zasilania

wynoszącym ok 35V lub przez rezystor 1kΩ ograniczający prąd z napięciem +5V minus można pozostawić nie wykorzystane wejścia nie połączone z niczym minus nie wolno łączyć wyjść bramek TTL za wyjątkiem bramek z otwartym kolektorem (OC)

i troacutejstanowych Dla układoacutew ECL stosuje się następujące zasady minus konieczne jest stosowanie dokładnych napięć zasilania oraz prawie jednakowej masy

w całym układzie minus nie używane wejścia mogą pozostać nie podłączone minus niedopuszczalne jest zwarcie wyjścia układu do żadnego z napięć zasilających Układy MOS roacutewnież wymagają specjalnego tratowania minus ze względu na dużą stałoprądową rezystancje wejściową układy te są bardzo wrażliwe na

ładunki elektrostatyczne powodujące zniszczenie układu co powoduje konieczność ich przechowywania w metalowych pojemnikach i montażu za pomocą uziemionych urządzeń

minus wszystkie wejścia układoacutew MOS powinny być zabezpieczone rezystorem szeregowym 1-100kΩ i rezystorem przyłączonym między wejściem a jednym z napięć zasilania lub masą

minus nie używane wejścia należy zawsze łączyć z jednym z napięć zasilania lub z masą minus długi czas propagacji ogranicza ich zastosowanie dla sygnałoacutew o dużej częstotliwości 412 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany wykonania ćwiczenia 1 Dlaczego nie wykorzystuje się tranzystorowych lub scalonych generatoroacutew jako układoacutew

generujących impulsy w układach cyfrowych 2 Jaką funkcję w układach cyfrowych spełniają przerzutniki monostabilne 3 Jakie parametry impulsoacutew czasowych są istotne w technice cyfrowej 4 Jaki kształt powinny mieć impulsy wyzwalające stosowane w technice cyfrowej 5 Co oznaczają symbole UCY 74LS04N UCA 6475N

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 11: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 10

413 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznawanie cyfrowych układoacutew scalonych Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na określeniu rodzaju typu przeznaczenia oraz zakresu temperatur

wybranych cyfrowych układoacutew scalonych Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych oraz zasadami oznaczania układoacutew scalonych produkcji polskiej określonymi w normie branżowej BN-733375-21 ndash bdquoMikroukłady scalone System oznaczania typoacutewrdquo oraz systemem oznaczeń stosowanych przez innych producentoacutew

2) odczytać oznaczenia prezentowanych układoacutew scalonych podane przez producenta oraz określić rodzaj i właściwości prezentowanych układoacutew

3) poroacutewnać uzyskane informacje z danymi z katalogoacutew układoacutew scalonych 4) odczytać z katalogu ilość i rodzaj wyprowadzeń (zasilanie wejścia wyzwalające wyjścia

końcoacutewki do dołączenia elementoacutew zewnętrznych itd) i parametry (poziom napięć wejściowych i wyjściowych napięcie zasilania czasy ustalania i przetrzymywania itp)

5) sformułuj wnioski dotyczące roacuteżnorodności produkowanych układoacutew scalonych oraz sposoboacutew ich oznaczeń

Wyposażenie stanowiska pracy

minus przykładowe cyfrowe układy scalone roacuteżnych producentoacutew minus normy branżowe dot zasad oznaczania układoacutew scalonych minus katalogi układoacutew elektronicznych minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2 Opoacuteźnianie zboczy impulsoacutew z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na opoacuteźnieniu zbocza narastającego lubi opadającego impulsoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych zrealizowanymi w roacuteżnych

technikach 2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania żądanych opoacuteźnień 5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy opoacuteźnień 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) sformułować wnioski

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 12: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 11

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Wytwarzanie impulsoacutew wyzwalających o bardzo kroacutetkich czasach trwania

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na wytworzeniu impulsoacutew o czasach rzędu ns z wykorzystaniem bramek i przerzutnikoacutew Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z rodzajami cyfrowych układoacutew scalonych i dobrać układ wykonany w odpowiedniej technice

2) odczytać z katalogu czasy propagacji dla bramek NOR i przerzutnika typu D 3) określić ilość funktoroacutew lub przerzutnikoacutew niezbędnych do uzyskania wymaganego

opoacuteźnienia 4) zaprojektować struktury układoacutew wykorzystujących bramki NOR i przerzutnik typu D do

uzyskania impulsoacutew o bardzo kroacutetkich czasach trwania (np układy roacuteżniczkujące zbocze narastające lub opadające )

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC 6) sprawdzić poprawność działania bramek i przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu 7) zmontować układy na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe zmierzyć czasy trwania

impulsoacutew 8) poroacutewnać uzyskane w układach wartości z danymi katalogowymi 9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia 10) sformułować wnioski

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 13: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 12

414 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) rozpoznać układ scalony na podstawie oznaczenia 2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji

i parametroacutew układoacutew scalonych

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do uzyskania opoacuteźnienia zboczy impulsoacutew

3) wykorzystać funktory logiczne i przerzutniki typu D do wygenerowania kroacutetkich impulsoacutew

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew cyfrowych w programie EWBC 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 14: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 13

Q

42 Scalone przerzutniki monostabilne 421 Materiał nauczania

Przerzutniki monostabilne mają jeden stan stabilny (stan roacutewnowagi trwałej) Jest to stan w ktoacuterym przerzutnik może przebywać dowolnie długo aż do ingerencji z zewnątrz tzn do chwili doprowadzenia sygnału wyzwalającego Przechodzi wtedy w stan przeciwny ktoacutery jest stanem niestabilnym z ktoacuterego samoczynnie powraca do stanu początkowego Czas trwania stanu niestabilnego jest zależny od parametroacutew elementoacutew R i C dołączanych z zewnątrz do układu przerzutnika monostabilnego W ramach standardu TTL produkowane są przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie impulsoacutew o czasie trwania od 30 ns do 40 s Umożliwiają one wytworzenie roacuteżnych układoacutew czasowych generatoroacutew układoacutew opoacuteźniających i in Przerzutnik monostabilny lsquo121

Układ scalony lsquo121 zawiera jeden multiwibrator monostabilny ktoacutery umożliwia generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od ok 30 ns do 28 s ndash Rys 2

Rys2 Układ scalony UCA 74121N UCA 64121N [1s452]

Układ posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys3 Do wyzwalania przerzutnika służą trzy wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejścia A1 i A2 ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 50ns W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=B (A1+A2) =B A1A2

Rys3 Przerzutnik monostabilny UCY 74121 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s137]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 15: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 14

Wartość bdquo1rdquo funkcji W (a dokładniej narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys4

Rys 4 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74121 [2s137]

Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego nie ma żadnego wpływu na czas trwania generowanego impulsu t Taki przerzutnik nazywa się nieretrygerowalny Badając wpływ wejść A1 A2 i B na wyzwalanie przerzutnika na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że ndash przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem jednego z sygnałoacutew A jeżeli na drugim

wejściu A i na wejściu B jest stan wysoki ndash przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B jeśli na co najmniej jednym

wejściu A jest stan niski Dodatkowo wykorzystując wejście B można sterować działaniem układu sygnałami o innych wartościach niż w standardzie TTL ponieważ wejście to jest doprowadzone do bramki z przerzutnikiem Schmitta ndash Rys3 Czas trwania generowanego impulsu jest określony wyłącznie przez zewnętrzny obwoacuted RC ale ze względu na istnienie wewnętrznej pojemności pomiędzy końcoacutewkami 10 i 11 (ok20pF) oraz rezystancji pomiędzy końcoacutewkami 9 i 11 (ok2kΩ) minimalny impuls przy braku elementoacutew zewnętrznych trwa ok 30ns Sposoby dołączenia elementoacutew zewnętrznych przedstawia Rys5 Z ograniczeń nałożonych przez producenta na wartości dołączanych elementoacutew (wartość rezystancji R powinna się zawierać w przedziale 14 kΩ divide 40 kΩ a wartość pojemnościw przedziale 10 pF divide 1000 μF) wynika że maksymalny czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika wynosi ok 28 s

Rys5 Sposoby dołączenia zewnętrznych elementoacutew RC do końcoacutewek przerzutnika [2s138]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash Tabela 1 Pokazuje ona że przerzutnik reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 16: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 15

Q

Tabela 1 Tabela stanoacutew układu UCA 74121N [1s452]

X ndash stan dowolny macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0 _|macr - zmiana stanu z 0 na 1

macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Przerzutnik monostabilny lsquo123

Układ scalony lsquo123 zawiera dwa jednakowe przerzutniki monostabilne umożliwiające generowanie pojedynczych impulsoacutew o czasie trwania od 40 ns ndash Rys7

Rys7 Układ scalony UCA 74123N UCA 64123N [1s453]

Przerzutnik lsquo123 posiada dwa komplementarne wyjścia Q i Schemat funkcjonalny i symbol przerzutnika przedstawia Rys8 Do wyzwalania przerzutnika służą dwa wejścia sterujące (nazywane wyzwalającymi) wejście A ndash do wyzwalania ujemnymi i B ndash do wyzwalania dodatnimi zboczami impulsoacutew Impulsy wyzwalające nie mogą być kroacutetsze niż 40 ns Układ ma dodatkowe wejście R pozwalające wyzerować przerzutnik tzn zakończyć impuls wyjściowy w dowolnej chwili

Rys8 Przerzutnik monostabilny UCY 74123 a) schemat funkcjonalny b) symbol [2s139]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 17: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 16

R70

W stanie stabilnym poziom logiczny na wyjściu Q jest roacutewny 0 Układ logiczny doprowadzający sygnał do wejścia wyzwalającego reagującego na zbocze dodatnie realizuje funkcję W

W=A∙B∙R Wartość 1 funkcji W (dokładnie narastające zbocze sygnału W) powoduje wygenerowanie na wyjściu przerzutnika impulsu o czasie trwania t zależnym od wartości elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys9

Rys 9 Przebiegi czasowe ilustrujące działanie przerzutnika monostabilnego UCY 74123 a) bez wykorzystania

wejścia R - reset b) z wykorzystaniem wejścia R [2s137] Analiza przedstawionych przebiegoacutew pokazuje że wystąpienie kolejnych impulsoacutew wyzwalających w trakcie trwania impulsu wyjściowego przedłuża czas trwania generowanego impulsu o kolejny odcinek t czyli odliczanie czasu zaczyna się od początku Taki przerzutnik nazywa się retrygerowalny Badając wpływ wejść A i B na wyzwalanie przerzutnika ndash Rys9a na podstawie przebiegoacutew czasowych można wnioskować że minus przerzutnik można wyzwolić ujemnym zboczem sygnału A jeżeli na wejściu B jest stan

wysoki minus przerzutnik można wyzwolić dodatnim zboczem sygnału B gdy wejściu A jest stan niski Sytuacja ta zachodzi tylko wtedy gdy na wejściu R jest stan wysoki Wpływ wejścia R na zachowanie przerzutnika przedstawia Rys9b Podanie na wejście R sygnału niskiego w czasie trwania impulsu na wyjściu powoduje natychmiastowe zakończenie tego impulsu (zerowanie przerzutnika) Jednak wejście R może roacutewnież służyć do wyzwalania układu jeżeli spełnione są warunki A=0 i B=1 w czasie zmiany wartości sygnału R z 0 na 1 (zbocze dodatnie)

Czas trwania impulsoacutew ustalany jest podobnie jak dla przerzutnika lsquo121 za pomocą elementoacutew zewnętrznych R i C ndash Rys10

Rys10 Sposoby dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C a) kondensator nielektrolityczny b) kondensator

elektrolityczny [2s141] W układzie z kondensatorem C gt 1000pF długość odcinka czasu oblicza się ze wzoru ze

wzoru przybliżonego ti asymp 03RC [s] lub dokładnego ti = 032RC (1+ ) [s]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 18: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 17

R70

R

Jeżeli C lt 1000pF to przy określaniu czasu trwania odcinka ti należy korzystać z nomogramoacutew W przypadku stosowania kondensatoroacutew elektrolitycznych lub wykorzystywaniu wejść zerujących R dodatkowo włącza się do układu diodę krzemową co nieznacznie wpływa na czas generowanego impulsu ti = 028RC(1+ ) [s]

Sposoacuteb działania przerzutnika można przedstawić roacutewnież za pomocą tabeli stanoacutew ndash

Rys 11 Pokazuje ona że przerzutnik lsquo123 roacutewnież reaguje wyłącznie na zbocza sygnałoacutew wyzwalających a nie ich poziom

Tabela 2 Tabela stanoacutew przerzutnika UCA 74123N [1s453]

- wejście zerujące X ndash stan dowolny

macr|_ -zmiana stanu z 1 na 0

_|macr - zmiana stanu z 0 na 1 macr|_|macr - impuls do stanu wysokiego _|macr|_ - impuls do stanu niskiego

Dokonując poroacutewnania przerzutnikoacutew lsquo121 i lsquo123 można ich cechy zebrać w Tabeli 3

Tabala 3 Poroacutewnanie własności przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

Cecha lsquo121 lsquo123 Ilość wejść wyzwalających trzy A1 A2 B trzy A B R Wzoacuter funkcji wyzwalającej

W=B (A1+A2) =B A1A2

W=A∙B∙R Wyzwalanie zboczem - ujemnym dla A1A2

- dodatnim dla B - ujemnym dla A - dodatnim dla B i R

Wyzwalanie poziomem nie nie Wydłużenie czasu impulsu nie tak Skroacutecenie czasu impulsu nie tak Możliwość podawania sygnałoacutew innych niż w standardzie TTL

tak tylko na B nie

Wewnętrzne elementy R i C tak nie Minimalny czas impulsu wejściowego

30 ns 40 ns

Ograniczenia narzucone przez producenta na R i C

R= 14 kΩ divide 40 kΩ C= 10pFdivide1000μF

brak

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 19: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 18

422 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakimi cechami charakteryzuje się przerzutnik monostabilny 2 Jakie wejścia wyzwalające ma przerzutnik lsquo121 3 W jaki sposoacuteb wyzwalany jest przerzutnik monostabilny lsquo121 4 Czy sygnały wejściowe przerzutnikoacutew 74121 i 74123 muszą być w standardzie TTL 5 Co oznacza określenie bdquoprzerzutnik retrygerowalnyrdquo 6 Od czego zależy długość impulsoacutew generowanych przez przerzutniki monostabilne 7 Jakie są możliwości dołączania elementoacutew zewnętrznych do przerzutnikoacutew 8 Jakie ograniczenia narzucają producenci na dobierane do układoacutew elementy 9 Czym roacuteżnią się przerzutniki lsquo121 i lsquo123 423 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo121 Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo121 wykorzystując odpowiednie

do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo121 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowyi laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 20: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 19

Ćwiczenie 2 Badanie działania przerzutnika monostabilnego lsquo123

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu sposoboacutew wyzwalania przerzutnikoacutew monostabilnych

określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe i ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania cyfrowych układoacutew monostabilnych 2) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do przerzutnika lsquo123 wykorzystując wzory

odpowiadające użytym elementom 3) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 4) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania przerzutnikoacutew dla roacuteżnych kombinacji

sygnałoacutew sterujących 5) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając elementy R i C do odpowiednich

wyprowadzeń układu scalonego lsquo123 na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

6) sprawdzić poprawność działania przerzutnikoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w układach wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWB minus literatura z rozdziału 6

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 21: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 20

424 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) dobrać układ odpowiedni do zadanych warunkoacutew pracy (przerzutnik retrygerowalny lub nie)

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji i konfiguracji przerzutnikoacutew monostabilnych

3) dobrać elementy zewnętrzne do wybranej konfiguracji układu i zadanych czasoacutew trwania impulsoacutew wyjściowych

3) przeprowadzić symulacje działania przerzutnikoacutew monostabilnych w programie EWBC

4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie i zmierzyć ich parametry

5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprezentować zrealizowane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 22: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 21

43 Scalone układy czasowe 432 Materiał nauczania

W układach cyfrowych często istnieje konieczność stosowania nie tylko pojedynczych impulsoacutew o określonym czasie trwania ale także przebiegoacutew prostokątnych o ściśle określonych parametrach czasowych np jako impulsoacutew zegarowych taktujących itp Do wytwarzania tego typu przebiegoacutew można stosować omoacutewione w rozdziale 42 przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 generatory analogowe lub specjalizowane układy czasowe

Układ ULY7855 (555)

Najczęściej wykorzystywanym układem czasowym jest układ 555 (tzw tajmer) produkowany w Polsce jako ULY7855 Chociaż wg oznaczeń jest to układ analogowy to ze względu na możliwość uzyskania sygnałoacutew wyjściowych zgodnych ze standardami TTL prostotę konfigurowania i dostępność wykorzystywany jest w układach cyfrowych jako generator mono lub astabilny Jego schemat funkcjonalny przedstawia Rys11

Rys11 Schemat funkcjonalny układu ULY7855 [2s141]

Układ ten zawiera ndash komparatory K1 i K2 ndash przerzutnik asynchroniczny RS z dodatkowym wejściem zerującym ndash wzmacniacz wyjściowy W ndash tranzystor rozładowujący T

Przerzutnik RS ma dwa wejścia zerujące R ndash sterowane z wyjścia komparatora K1 oraz CLR - dodatkowe wejście wyprowadzone na zewnątrz układu jako końcoacutewka służąca do zerowania całego układu sygnałem zera logicznego L W celu uzyskania poziomoacutew logicznych TTL i umożliwienia pracy układu w standardzie TTL należy zasilać układ napięciem +5V Producent przewidział dwa podstawowe układy pracy tajmera ULY7855 układ monostabilny ndash Rys12 i układ astabilny ndash Rys13 W obydwu czas trwania wyjściowego impulsu prostokątnego pojedynczego lub okresowego uzależniony jest od przyłączonych zewnętrznych elementoacutew R i C W aplikacji generatora pojedynczych impulsoacutew szerokość generowanego impulsu określona jest przez czas ładowania zewnętrznego kondensatora do napięcia ktoacuterego wartość wynika z wewnętrznego dzielnika w układzie W stanie spoczynkowym (stan stabilny) na wyjściu układu jest stan niski co powoduje że kondensator przyłączony do wyprowadzenia

CLR

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 23: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 22

7 bocznikuje przewodzący tranzystor co oznacza że napięcie na nim (na C) jest bliskie zeru Jest to jednocześnie napięcie doprowadzone do wejścia nieodwracającego komparatora K1

Rys12 Generator monostabilny na układzie ULY7855 a) schemat b) przebiegi czasowe [2s142]

Wartość napięcia na wejściu odwracającym K1wynikająca z wewnętrznego dzielnika 3x5kΩ sprawia że na wyjściu komparatora K1 i jednocześnie na wejściu R przerzutnika jest stan niski Napięcia na wejściach komparatora K2 przy braku impulsu wyzwalającego zależą od wewnętrznej konfiguracji układu na wejściu nieodwracającym jest to napięcie UCC 3 a na odwracającym ndash bliskie zeru co powoduje że na wyjściu komparatora K2 jest stan niski Oba komparatory ustawiają wejścia przerzutnika w stan 00 co jak wynika z tabeli stanoacutew przerzutnika RS oznacza że znajduje się on w tzw stanie pamiętania zera logicznego ndash na wyjściu Q układu jest stan niski Ujemne zbocze impulsu wyzwalającego na wejściu odwracającym komparatora K2 spowoduje w chwili gdy napięcie obniży się poniżej napięcia z dzielnika 033UCC że komparator przełączy się do stanu 1 na wyjściu Zgodnie z tabelą stanoacutew przerzutnika RS jeżeli w stanie bdquopamiętania zerardquo podana zostanie 1 na wejście ustawiające przełączy się on w stan 1 i na wyjściu całego układu pojawi się stan wysoki Spowoduje to odcięcie tranzystora T przez sygnał z drugiego wyjścia przerzutnika i ładowanie kondensatora C przez rezystor zewnętrzny R Sytuacja ta trwa dopoacuteki napięcie na kondensatorze nie przewyższy napięcia na drugim wejściu komparatora K1 czyli napięcia z dzielnika roacutewnego 2UCC3 co spowoduje przez zmianę stanu komparatora i podanie 1 na wejście resetujące R przerzutnika zmianę stanu wyjścia przerzutnika RS i powroacutet do stanu stabilnego całego układu przez szybkie rozładowanie kondensatora C Dodatkowe impulsy wyzwalające w trakcie trwania impulsu na wyjściu nie powodują zmiany pracy układu Jedynym warunkiem poprawnej pracy układu jest to aby czas trwania generowanego impulsu był dłuższy niż czas trwania impulsu wyzwalającego Szerokość wyjściowego impulsu oblicza się wg wzoru

t asymp 11RC [s] lub określa na podstawie normogramoacutew Producent ograniczył wartość dołączanego rezystora do ok 20 MΩ co w połączeniu z możliwymi wartościami dołączanych pojemności (dla kondensatoroacutew elektrolitycznych) pozwala uzyskać bardzo długie czasy trwania impulsu wyjściowego ndash minuty a nawet godziny Jest to wielkość nieosiągalna dla przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123 Dodatkowy kondensator o pojemności 01 μF dołączany do wyprowadzenia 5 umożliwia tłumienie tętnień napięcia doprowadzonego do wejścia odwracającego komparatora K1 Przy pracy astabilnej tajmera kondensator C jest ładowany przez dwa rezystory zewnętrzne RA i RB ndash Rys13 Gdy napięcie na kondensatorze czyli jednocześnie na wejściu nieodwracającym komparatora K1 osiągnie wartość 2033UCC komparator przełącza się ze

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 24: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 23

stanu wysokiego do stanu niskiego na wyjściu czyli podaje sygnał wysoki na wejście R przerzutnika

Rys 13 Generator astabilny a) schemat b) przebiegi czasowe [2s143]

Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika stanu niskiego co jednocześnie wymusza stan wysoki na drugim wyjściu Oznacza to przewodzenie tranzystora T i rozładowywanie kondensatora przez rezystor RB Ponieważ wejście odwracające komparatora K2 (końcoacutewka 2 układu) jest połączone z kondensatorem rozładowywanie trwa do chwili gdy napięcie na kondensatorze spadnie poniżej napięcia UCC3 czyli napięcia z wewnętrznego dzielnika podawanego na drugie nieodwracające wejście komparatora K2 Wtedy wyjście komparatora K2 przełącza się ze stanu niskiego na wysoki co powoduje podanie logicznej jedynki na wejście ustawiające S przerzutnika i wymuszenie na jego wyjściu stanu wysokiego ktoacutery wymusza ponowne ładowanie kondensatora W ten sposoacuteb kondensator cyklicznie ładuje się ze stałą czasową τ1=( RA + RB)C i rozładowuje ze stałą czasowa τ2= RB C Czasy ładowania i rozładowywania kondensatora czyli czasy trwania stanu 1 i 0 na wyjściu układu oblicza się z zależności

t1=ln2∙(RA+RB)C [s] t2=ln2∙RBC [s] czyli w przybliżeniu t1asymp 07( RA + RB)C a t2= asymp 07∙RBC Oznacza to że okres generowanego przebiegu na wyjściu układu 555 wynosi

T= t1+ t2=ln2∙(RA+2RB)C [s] w przybliżeniu Tasymp=07∙(RA+2RB)C [s] Częstotliwość generowanego sygnału prostokątnego wynosi

Z zależności tych wynika że zawsze t1 gt t2 i wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału na wyjściu zawsze będzie większy od 50 Ogranicza to możliwości stosowania generatora ktoacuterych jednak można uniknąć modyfikując w niewielkim stopniu przedstawiony układ Dołączenie diody roacutewnolegle do rezystora RB powoduje że ładowanie kondensatora odbywa się wyłącznie przez rezystor RA i niewielką rezystancję diody D a rozładowywanie przez rezystor RB Umożliwia to niezależne dobieranie czasoacutew t1 i t2 czyli kształtowanie wspoacutełczynnika wypełnienia impulsoacutew w pełnym zakresie Parametry generowanych przez układ ULY7855 impulsoacutew są bardzo stabilne niezależnie od zmian temperatury i napięcia zasilania co powoduje że możliwości zastosowań tajmera są bardzo szerokie zaroacutewno w układach cyfrowych jako generatory zegarowe dzielniki częstotliwości generatory impulsoacutew wzorcowych itp jak i w układach analogowych autoalarmach przetwornikach Uf itd

[ ]Hz)CR2(R

441T1f

BA +asymp=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 25: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 24

AST

Q

Monostabilnyastabilny multiwibrator lsquo047 (MCY74047) Cyfrowy układ scalony wykonany w technologii CMOS może pracować w dwoacutech trybach

jako generator pojedynczych impulsoacutew lub generator przebiegu prostokątnego Schemat funkcjonalny układu przedstawia Rys14

Rys14 Schemat funkcjonalny układu scalonego MCY74047 [2s145]

Układ umieszczony jest w obudowie 14-noacuteżkowej Oproacutecz końcoacutewek zasilania układ posiada 6 wejść sterujących ndash AST i - do bramkowania pracy oscylatora astabilnego ndash +TR i -TR - do wyzwalania przerzutnika zboczem dodatnim lub ujemnym ndash RTR - do ustawiania trybu pracy przerzutnika lsquo123 ndash CLR - do zerowania całego układu 3 wejścia do dołączania elementoacutew zewnętrznych R i C ndash CEXT ndash REXT ndash C-RCOM 3 wyjścia ndash komplementarne Q i ndash OSC - wyjście wewnętrznego generatora Układ połączeń przy pracy monostabilnej przedstawia Rys15 Minimalny czas trwania impulsu Wyzwalającego przy napięciu zasilającym +5V wynosi 500 ns

Rys15 Multiwibrator monostabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s146]

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 26: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 25

Przerzutnik w układzie na rysunku wyzwalany jest zboczem dodatnim (sygnał wyzwalający doprowadzony do wejścia sterującego +TR (8) a nie do ndashTR (6) drugie wejście w stanie wysokim) Wartości elementoacutew zewnętrznych dobiera się zgodnie z następującymi zależnościami tOSC= 138middotREXT middotCEXT [s] tM= 248middotREXT middotCEXT [s] Możliwa jest praca układu w trybie przerzutnika lsquo123 czyli z możliwością wydłużania czasu trwania impulsu ndash przerzutnik retrygerowalny przy połączeniu wejścia wyzwalającego z wejściem RTR (12) Układ połączeń przy pracy astabilnej przedstawia Rys16

Rys16 Multiwibrator astabilny a) układ połączeń b) przebiegi czasowe [2s145]

Czasy trwania impulsoacutew oscylatora i przebiegu wyjściowego określone są zależnościami tOSC= 11middotREXT middotCEXT [s] tAS= 44middotREXT middotCEXT [s] W obu rodzajach pracy wymagane jest dołączenie elementoacutew zewnętrznych R i C Producent gwarantuje właściwa pracę układu przy stosowaniu elementoacutew zewnętrznych o następujących wartościach C gt 100 pF przy pracy w trybie astabilnym C gt 1000 pF przy pracy w trybie monostabilnym 10 kΩ lt R lt 1 MΩ przy pracy w obu trybach Zaleca się stosowanie kondensatoroacutew nieelektrolitycznych ktoacuterych rezystancja upływu jest 10 razy większa niż rezystancja dołączanego roacutewnocześnie rezystora Programowalny układ czasowy CMOS lsquo541 (MCY74541)

Układ lsquo541 jest układem czasowo-licznikowym ktoacutery może generować pojedyncze impulsy lub falę prostokątną Układ zawiera (Rys17) ndash wewnętrzny oscylator ndash dwa pełne liczniki 8-bitowe (mod 256) ndash dwa multipleksery ndash układy sterujące Częstotliwość wewnętrznego oscylatora jest określona przez wartości elementoacutew zewnętrznych i może zawierać się w przedziale od 0 do 500 kHz Sygnał z oscylatora jest dostępny na zewnątrz na dwoacutech wyprowadzeniach Rtc (1) lub Ctc (2) ktoacutere pozwalają na uzyskanie przebiegoacutew przeciwnych w fazie Jednak nie jest to zalecane ponieważ obciążenie tych wyjść może spowodować zmianę częstotliwości generowanego przebiegu prostokątnego W zakresie 1kHz le f le 100kHz wartość częstotliwości jest określona wzorem

przy RS asymp2Rtc Rtc ge10kΩ

[ ]Hz

CR321 f

tctc

=

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 27: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 26

QQS

Rys17 Programowalny układ czasowy MCY74541 ndash schemat funkcjonalny [2s147]

Układ może być sterowany roacutewnież zewnętrznym sygnałem prostokątnym doprowadzanym do wyprowadzenia RS (3) co eliminuje konieczność dołączania elementoacutew zewnętrznych RS Rtc i Ctc ponieważ nie jest wtedy wykorzystywany wewnętrzny oscylator Opis działania ndash Tabela 4 i wyprowadzenia układu w wersji CMOS ndash MC14541B ndash Rys18

Rys18 Wyprowadzenia układu MC14541B MC14541BCP[8]

Tabela 4 Tabela działania układu MC14541 [8]

Tryb pracy Pin funkcja 0 1

5 - AR automatyczne zerowanie

Automatyczne zerowanie układu po włączeniu zasilania

Brak automatycznego zerowania

6 ndash MR bramkowanie układu

Generator i liczniki pracują Generator liczniki i przerzutnik asynchroniczny są wyzerowane

9 ndash

ustawianie stanu wyjścia po zerowaniu

Stan wyjścia Q (8) niski (0) Stan wyjścia Q (8) wysoki (1)

10 ndash MODE tryb pracy

Praca monostabilna Praca astabilna

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 28: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 27

Podstawowe układy pracy monostabilnej przedstawia Rys19 przy czym czas trwania generowanego impulsu zależy nie tylko od dołączonych elementoacutew RC ale także od ustalonego stopnia podziału ndash zgodnie z Tabelą 5 W związku z tym można powiedzieć że układ pracuje jako przerzutnik monostabilny o programowalnym czasie trwania impulsu wyjściowego

Rys19 Generatory monostabilne zbudowane z układu MCY74541 [2s148]

W konfiguracji z Rys19a układ generuje impuls wyjściowy wydłużony o czas trwania impulsu wejściowego na wejściu MR ndash Rys20 co umożliwia wprowadzenie układu w tryb przerzutnika retrygerowalnego jeżeli kolejne impulsy wyzwalające pojawią się przez zakończeniem impulsu wyjściowego

Rys20 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18a [2s149]

Konfiguracja z Rys19b pozwala na wygenerowanie impulsu wyjściowego wyzwalanego ujemnym zboczem sygnału wejściowego Czas trwania tego impulsu może zostać skroacutecony przez wcześniejsze ustawienie stanu wysokiego na wejściu wyzwalającym ndash Rys21

Rys21 Przebiegi czasowe w układzie z Rys18b [2s149]

Schemat układu wykorzystywanego jako generator astabilny przedstawia Rys22a Sygnał

z wewnętrznego oscylatora jest podawany na wejście licznika mod 256 ktoacutery reaguje na dodatnie zbocze impulsoacutew wejściowych Częstotliwość generowanego przebiegu prostokątnego zależy nie tylko od wartości zewnętrznych elementoacutew ale od zastosowanego dzielnika tzn od stopnia podziału ustawionego na wejściach A i B zgodnie z Tabelą 5

Tabela 5 Programowanie licznikoacutew układu lsquo541 [2s148]]

wejście A wejście B Stopień podziału Stopnie podziału licznikoacutew

0 0 8192 8 stopni 1-go + 5 stopni 2-go 0 1 1024 8 stopni 1-go + 2 stopnie 2-go 1 0 256 1-wszy licznik jest pomijany 1 1 65536 pełne (8stopni) podziały obu licznikoacutew

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 29: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 28

Częstotliwość oscylatora może być stabilizowana za pomocą rezonatora kwarcowego - Rys22b

Rys22 Programowany generator na układzie lsquo541 a) układ podstawowy b) układ stabilizowany rezonatorem kwarcowym z przykładowymi wartościami elementoacutew i uzyskanymi częstotliwościami fWY [2s147 163]

Elementy zewnętrzne Rtc Ctc i RS dobiera się w taki sposoacuteb aby uzyskać częstotliwość trochę większą niż częstotliwość stosowanego rezonatora a następnie trymerem CRK dostraja dokładnie do żądanej częstotliwości

Układ lsquo541 ma wiele możliwych aplikacji oproacutecz przedstawionych już programowanych generatoroacutew mono i astabilnych można zrealizować min programowany dzielnik częstotliwości

Układy czasowo-licznikowe mogą być realizowane jako układ przerzutnika typu D wyzwalanego zboczem narastającym impulsu wejściowego połączonego z licznikiem odliczającym określoną ilość impulsoacutew ktoacutery określa czas trwania impulsu wyjściowego

433 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1 Jakie funkcje mogą realizować scalone układy czasowe 2 Czy układ ULY7855 jest układem analogowym czy cyfrowym 3 Od czego zależy częstotliwość sygnału prostokątnego generowanego przez układy czasowe 4 Jak można zmieniać wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału prostokątnego wytwarzanego

w układzie tajmera lsquo555 5 Ktoacutere z poznanych układoacutew czasowych mogą pracować w trybie przerzutnika

retrygerowalnego 6 Jakie są zakresy częstotliwości sygnałoacutew prostokątnych generowanych przez układy

ULY7855 MCY74047 i MCY74541 7 W jaki sposoacuteb jest stabilizowana częstotliwość fali prostokątnej generowanej

minus przez układ tajmera lsquo555 minus b) przez układ lsquo541

8 W jakich układach znajdują zastosowanie scalone układy czasowe

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 30: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 29

434 Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Badanie działania układu tajmera lsquo555 (ULY7855)

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś

1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot układu tajmera lsquo555 (ULY7855) 3) określić wartość napięcia zasilania układu aby generował sygnały w standardzieTTL 4) wybrać tryb pracy (mono lub astabilny) i określić konfigurację oraz dobrać wartości

elementoacutew zewnętrznych do tajmera lsquo555 wykorzystując odpowiednie do konfiguracji wzory na czas trwania generowanego impulsu

5) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew

6) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania generatora monostabilnego dla roacuteżnych kombinacji sygnałoacutew sterujących oraz uzyskane częstotliwości sygnału prostokątnego

7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne RC do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układu wykorzystywanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach generatora impulsoacutew

o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i laboratoryjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 2

Badanie działania układoacutew czasowych

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora mono i astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych czasu trwania impulsoacutew wyjściowych i określaniu reakcji układu na roacuteżne przebiegi wejściowe Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 31: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 30

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew - programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

wybranego układu czasowego wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) przeprowadzić symulacje układoacutew w programie EWBC sprawdzając poprawność doboru

elementoacutew zewnętrznych zaprojektowanych układoacutew 5) sprawdzić w czasie symulacji sposoby wyzwalania układoacutew monostabilnych dla roacuteżnych

kombinacji sygnałoacutew sterujących 6) sprawdzić w czasie symulacji możliwość zmiany częstotliwości sygnału prostokątnego

przez użycie programowalnego dzielnika 7) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC do odpowiednich wyprowadzeń układoacutew scalonych na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć czasy trwania impulsoacutew

8) sprawdzić poprawność działania układoacutew wykorzystywanych w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane w ćwiczeniu wartości z obliczeniami i wynikami symulacji

9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia i ewentualnie zlokalizować uszkodzenie 10) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew uzyskiwania na wyjściach przerzutnikoacutew

impulsoacutew o zadanym czasie trwania i sygnału prostokątnego o zadanych parametrach

Wyposażenie stanowiska pracy minus makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew minus sprzęt pomiarowy i stabilizacyjny zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze

laboratoryjne stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe minus katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych minus komputer PC minus oprogramowanie EWBC minus literatura z rozdziału 6 Ćwiczenie 3

Badanie działania układoacutew czasowych stabilizowanych rezonatorem kwarcowym

Sposoacuteb wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie polega na sprawdzaniu działania układoacutew czasowych w konfiguracjach generatora astabilnego ustalaniu za pomocą dołączanych elementoacutew zewnętrznych częstotliwości generowanego przebiegu oraz sprawdzeniu stabilności częstotliwości generatora Uwaga Poproś nauczyciela o sprawdzenie układoacutew praktycznych przed włączeniem zasilania

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś 1) zapoznać się z zasadami działania wybranych scalonych układoacutew czasowych 2) zapoznać się z materiałami katalogowymi dot wybranych układoacutew programowalnego

układu czasowego np lsquo541 lub lsquo536 3) wybrać tryb pracy i określić konfigurację oraz dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do

układu generatora wykorzystując wzory zgodne z materiałami źroacutedłowymi 4) zrealizować praktycznie zaprojektowane układy dołączając wymagane elementy zewnętrzne

RC oraz rezonator kwarcowy do odpowiednich wyprowadzeń układu scalonego

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 32: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 31

5) dokonać dostrojenia za pomocą dołączonego trymera do żądanej częstotliwości na oscyloskopie obejrzeć przebiegi czasowe i zmierzyć częstotliwość przebiegu

6) sprawdzić poprawność układu wykorzystanego w ćwiczeniu poroacutewnać uzyskane wartości z obliczeniami

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia zlokalizować ewentualne uszkodzenie 8) sformułować wnioski dotyczące sposoboacutew stabilizacji częstotliwości sygnału prostokątnego

Wyposażenie stanowiska pracy ndash makiety (trenażery) układoacutew cyfrowych umożliwiające montowanie prostych układoacutew

i pomiary ich parametroacutew ndash sprzęt pomiarowy zadajniki i wskaźniki stanoacutew logicznych zasilacze laboratoryjne

stabilizowane oscyloskop cyfrowy generatory impulsowe ndash katalogi elementoacutew i układoacutew elektronicznych ndash komputer PC ndash oprogramowanie EWB ndash literatura z rozdziału 6 434 Sprawdzian postępoacutew Czy potrafisz

Tak Nie

1) odszukać informacje nt układu scalonego w katalogu internecie na podstawie oznaczenia

2) posługiwać się katalogami układoacutew cyfrowych w celu określenia funkcji parametroacutew i możliwych tryboacutew pracy układoacutew czasowych

3) dobrać wartości elementoacutew zewnętrznych do wybranej konfiguracji układu i zadanych parametroacutew sygnału wyjściowego

3) przeprowadzić symulacje działania układoacutew czasowych w programie EWB 4) zaobserwować uzyskane przebiegi na oscyloskopie 5) wyjaśnić roacuteżnice pomiędzy obliczeniami teoretycznymi a rzeczywistymi

czasami generowanych impulsoacutew

6) zaprogramować sposoacuteb pracy programowalnego układu czasowego 7) zaprezentować zaprojektowanewykonane układy

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 33: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 32

5 SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Instrukcja dla ucznia 1 Przeczytaj uważnie instrukcję 2 Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi 3 Zapoznaj się z zestawem zadań testowych oraz kartami katalogowymi układoacutew czasowych 4 Test zawiera 20 zadań o roacuteżnym stopniu trudności Zadania od 1 do 14 oraz 17 i 19 są to

zadania wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa a w zadaniach 15 16 18 i 20 należy udzielić kroacutetkiej odpowiedzi wykonać obliczenia lub narysować konfigurację układu

5 Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi 6 W zadaniach wielokrotnego wyboru zaznacz prawidłową odpowiedź X (w przypadku

pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć koacutełkiem a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7 W zadaniach z kroacutetką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole 8 Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania 9 Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność wtedy odłoacuteż jego rozwiązanie

na poacuteźniej i wroacuteć do niego gdy zostanie Ci czas wolny Trudności mogą sprawić Ci zadania 15 do 20 gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe

Na rozwiązanie testu masz 90 min

Powodzenia

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 34: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 33

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1 Przerzutnik posiadający jeden stan stabilny to

a) przerzutnik astabilny b) przerzutnik retrygerowalny c) przerzutnik bistabilny d) przerzutnik monostabilny

2 Przebiegi czasowe na rysunku przedstawiają działanie przerzutnika a) monostabilnego b) wyzwalanego zboczem dodatnim sygnału

wejściowego c) retrygerowalnego d) wszystkie powyższe odpowiedzi są prawdziwe

3 Przerzutniki monostabilne lsquo121 i lsquo123 mogą być wyzwalane

a) dowolnym zboczem sygnałoacutew wejściowych b) poziomem sygnałoacutew wejściowych c) zboczem dodatnim lub ujemnym jednego z sygnałoacutew wejściowych w zależności od

pozostałych sygnałoacutew wejściowych d) zboczem lub poziomem sygnału wejściowego w zależności od sposobu dołączenia

elementoacutew zewnętrznych 4 Skroacutecenie czasu trwania impulsu generowanego przez przerzutnik monostabilny jest

możliwe a) tylko w przerzutniku lsquo121 b) tylko w przerzutniku lsquo123 c) w obu przerzutnikach monostabilnych d) w żadnym z przerzutnikoacutew monostabilnych lsquo121 i lsquo123

5 Czas trwania impulsu wyjściowego z przerzutnika monostabilnego lsquo121 a) zależy wyłącznie od wartości elementoacutew zewnętrznych RC b) zależy od wartości elementoacutew zewnętrznych RC oraz od wartości wewnętrznego

rezystora i kondensatora c) zależy tylko od wartości wewnętrznych elementoacutew RC d) zależy od wartości sygnałoacutew sterujących doprowadzonych do przerzutnika

6 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 przedstawia rysunek

a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 35: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 34

7 Prawidłowy symbol przerzutnika monostabilnego lsquo121 przedstawia rysunek

8 Układ ULY7855 to układ

a) wyłącznie analogowy b) wyłącznie cyfrowy c) analogowy z możliwością stosowania w układach cyfrowych d) cyfrowy z możliwością stosowania w układach analogowych

9 Dla sygnałoacutew wejściowych przedstawionych na rysunku prawidłowe przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 przedstawia rysunek

a)

b)

c)

d)

10 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo121 dla przebiegoacutew wejściowych podanych na rysunku

11 Narysuj przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika lsquo123 dla przebiegoacutew wejściowych

podanych na rysunku

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 36: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 35

12 Dopuszczalne sygnały wejściowe przerzutnika monostabilnego 74121 to a) sygnały wolnozmienne o dowolnych wartościach b) sygnały w standardzie TTL c) dowolne sygnały na wejścia A1 i A2 w standardzie TTL dla wejścia B d) dowolne sygnały na wejście B w standardzie TTL dla obu wejść A

13 Szerokość impulsu wyjściowego generatora zrealizowanego na układzie lsquo555 w konfiguracji

jak na rysunku dla R=5MΩ C=22μF wynosi

a) 11 s b) 121 s c) radic11 s d) 72 s

14 Układ lsquo555 skonfigurowany jak na rysunku pracuje jako

a) przerzutnik monostabilny b) generator fali prostokątnej c) przerzutnik retrygerowalny d) nie można tego określić bez wartości

elementoacutew 15 Wykorzystując przerzutniki monostabilne i ewentualnie dodatkowe elementy zaprojektuj

układ realizujący opoacuteźnianie czoła impulsu zgodnie z rysunkiem określ dodatkowe założenia

16 W jaki sposoacuteb można stabilizować drgania generatoroacutew opartych na układzie czasowym multiwibratora MCY74047

17 Układ na rysunku w odpowiedzi na podany sygnał wejściowy x generuje przebiegi

czasowe y = Q2 a) b) c) d)

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 37: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 36

18 Oblicz wspoacutełczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego generatora astabilnego przedstawionego na rysunku dla podanych wartości R i C RA= 4kΩ RB= 2kΩ C= 22 μF

19 Określ stan wejść sterujących AB programowanego układu czasowego MCY74541 aby

przy podanych wartościach elementoacutew zewnętrznych uzyskać wyjściowy przebieg prostokątny o częstotliwości f asymp 1Hz

Rtc = 12kΩ A B Stopień podziału Ctc = 33nF 0 0 8192 RS =24 kΩ 0 1 1024 1 0 256 1 1 65536

a) A=0 B=0 b) A=0 B=1 c) A=1 B=0 d) A=1 B=1

20 Przy wartości pojemności kondensatora C = 470μF czas trwania impulsu wyjściowego

z przerzutnika monostabilnego SN74121 przedstawionego na rysunku wynosi 89 s Narysuj odpowiednie połączenia końcoacutewek 3 4 i 5 układu aby przerzutnik był wyzwalany zboczem opadającym oraz oblicz wartość rezystancji rezystora R

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 38: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 37

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Badanie układoacutew uzależnień czasowych

Zakreśl poprawną odpowiedź udziel kroacutetkiej odpowiedzi

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10

11

12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 39: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 38

16

17 a b c d 18

19 a b c d 20

Razem

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna

Page 40: 13. Badanie układów uzależnień czasowych

bdquoProjekt wspoacutełfinansowany ze środkoacutew Europejskiego Funduszu Społecznegordquo 39

6 LITERATURA 1 Borczyński JDumin P Mliczewski A Podzespoły elektroniczne Poacutełprzewodniki

Poradnik WKił Warszawa 1990 2 Głocki W Układy cyfrowe WSiP Warszawa 1998 3 Głocki W Grabowski L Pracownia podstaw techniki cyfrowej WSiP Warszawa 1997 4 Marusak A JUrządzenia elektroniczne WSiP Warszawa 1986 5 Műller W i in Elektrotechnika Zbioacuter zadań z energoelektroniki WSiP

Warszawa 1998 6 Tietze U Schenk Ch Układy poacutełprzewodnikowe WNT Warszawa 1996 7 wwwelektrodanet 8 wwwelektronikapraktyczna