Zastosowanie ukladow cyfrowych, Informatyka ns 2009-2013, Semestr II, Technika Cyfrowa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
WICZENIE nr 8
ZASTOSOWANIE UKŁADÓW
CYFROWYCH
P
OLTECHNIKA
C
ZSTOCHOWSKA
1.1 Cel
wiczenia.
ciami wykorzystania
elementów cyfrowych do tworzenia funkcjonalnych układów elektronicznych.
Celem
wiczenia jest zapoznanie si
z mo
liwo
1.2 Wprowadzenie
Cyfrowe przetwarzanie i przechowywanie informacji wyró
nia si
wieloma zaletami w porównaniu z technik
analogow
. S
to przede wszystkim
nast
puj
ce wła
ciwo
ci:
- du
a dokładno
przetwarzania;
- łatwo
przechowywania informacji wyra
onej w postaci dwójkowej;
- łatwo
realizacji systemów cyfrowych.
Systemy cyfrowe w odró
nieniu od analogowych charakteryzuj
si
du
regularno
ci
budowy, tj. zawieraj
du
liczb
powtarzaj
cych si
podzespołów,
które s
dost
pne w postaci układów scalonych lub tworz
powtarzaln
struktur
kszym stopniu scalenia. Konstruktor
systemu cyfrowego dysponuje bogatym asortymentem układów cyfrowych
scalonych, pocz
trzn
układów scalonych o wi
wszy od podstawowych bramek logicznych, a sko
czywszy
na pami
ciach i układach mikroprocesorowych. Zapewnia to du
elastyczno
projektowania.
Na Rys. 1.1 przedstawiono schemat
blokowy typowego urz
Sygnały
cyfrowe analogowe
dzenia cyfrowego.
ono z układów przetwarzania
i przechowywania informacji oraz wej
A/C
ciowych
i wyj
ciowych układów sprz
gaj
cych. Sygnały
Wejciowe układy
sprzgajce
wej
ciowe mog
pochodzi
z ró
nych obiektów,
nika w aparaturze
kontrolnej (sygnał cyfrowy o dwóch poziomach
dyskretnych) lub z termoelementu (sygnał
analogowy), czy te
Układy przetwarzania,
przechowywania informacji
Wyjciowe układy
sprzgajce
z układów i urz
dze
przeznaczonych do wprowadzania informacji.
Sygnały wej
ciowe mog
mie
posta
analogow
C/A
, przy czym w przypadku sygnałów
analogowych zachodzi konieczno
ich
przetwarzania do postaci cyfrowej za pomoc
Sygnały
cyfrowe analogowe
Rys. 1.1. Schemat blokowy
typowego urz
dzenia
cyfrowego.
przetwornika a/c.
Nast
pny etap wprowadzania informacji
to
standaryzacja
wszystkich
sygnałów
ciowych do postaci akceptowanej przez
układy przetwarzania i przechowywania tych
informacji. Standaryzacja ta odbywa si
wej
za po
rednictwem wej
ciowych układów
sprz
gaj
cych i mo
e przykładowo dotyczy
translacji poziomów napi
sygnałów, separacji galwanicznej itp.
Układ przetwarzania i przechowywania informacji mo
e mie
sztywn
konfiguracj
układow
lub te
mo
e by
układem programowanym. Wytworzone
- 2 -
wewn
Składa si
na przykład z przeka
lub cyfrow
P
OLTECHNIKA
C
ZSTOCHOWSKA
w tym układzie sygnały cyfrowe s
podawane, przez wyj
ciowe układy
sprz
gaj
ce, do wska
ników i układów wykonawczych. W wyj
ciowych
puje przetworzenie sygnałów cyfrowych do postaci
akceptowanej przez odbiorniki tych sygnałów. Je
gaj
cych nast
eli odbiornik wymaga sygnału
w postaci analogowej, to konieczne jest wł
czenie na wyj
ciu przetwornika c/a.
1.2.1 Transmisja szeregowa
ce równoległe wprowadzanie informacji i jej
szeregowe wyprowadzenie lub szeregowe wprowadzanie i równoległe
wyprowadzanie znajduj
Konwertery umo
liwiaj
zastosowanie w wielu układach elektronicznych.
Na przykład mog
by
stosowane do zmiany informacji równoległej z klawiatury
na posta
szeregow
lub do szeregowej transmisji informacji pomi
dzy
systemami cyfrowymi.
Układ
taktowania
Układ
taktowania
Rejestr
PISO
Linia zegarowa
Rejestr
SIPO
Wej
cia
Wyj
cia
Linia transmisyjna
Nadajnik
Odbiornik
Rys. 1.2. Schemat blokowy realizacji transmisji szeregowej.
Na Rys. 1.2. przedstawiono schemat blokowy realizacji transmisji
szeregowej jednokierunkowej. Je
eli zało
ymy,
e sygnałem wej
ciowym jest
słowo 8-bitowe to jako rejestr typu PISO mo
na wykorzysta
uniwersalny rejestr
przesuwaj
cy 74198. Spełnia on wszystkie funkcje potrzebne do projektowania
lub systemów cyfrowych, a mianowicie:
- wprowadzanie równoległe,
- przesuwanie w prawo,
- przesuwanie w lewo,
- blokada zegara.
Rejestr ma równoległe wej
dze
cia i wyj
cia, szeregowe wej
cia dla przesuwania
w prawo i w lewo, wej
cia rodzaju pracy oraz asynchroniczne i niezale
ne
cie zerowania.
Transmisja szeregowa wymaga w zasadzie jedynie linii dwuprzewodowej,
lecz problemy jakie wynikaj
- wej
z synchronizacji układów taktowania cz
ci
projektantów do wyprowadzenia jeszcze
jednego przewodu - przewodu zegarowego (Rys. 1.2). W tym wypadku wystarczy
działanie tylko jednego układu taktowania, nadajnika lub odbiornika.
ci odbiorczej, skłaniaj
Informacja przesyłana w postaci sygnału cyfrowego mi
dzy układami
lub urz
dzeniami jest nara
ona na zakłócenia. Zakłócenia mog
pochodzi
ze
ródeł zewn
trznych emituj
cych fal
elektromagnetyczn
lub powoduj
cych
stany nieustalone. Przyczyn
zakłóce
mog
by
te
przesłuchy powstaj
ce
- 3 -
układach sprz
urz
od innych wej
nadawczej i cz
P
OLTECHNIKA
C
ZSTOCHOWSKA
ytkowe lub odbicia w torach
przesyłania. Przy przesyłaniu sygnałów cyfrowych na krótkie odległo
dzy przewodami przenosz
cymi sygnały u
ci tor
przesyłowy ma charakter linii niesymetrycznej w postaci
cie
ki drukowanej
lub przewodu. W celu zminimalizowania wpływu zakłóce
, takie poł
czenia
powinny by
w miar
mo
liwo
ci jak najkrótsze. Przy wi
kszych odległo
ciach
wyst
puj
zjawiska charakterystyczne dla linii długich.
Zmniejszenie wpływu zakłóce
w liniach niesymetrycznych, a taki
charakter ma wi
kszo
poł
cze
w układach elektronicznych, mo
na uzyska
cenie pary
przewodów lub pełne ekranowanie z wykorzystaniem przewodu współosiowego.
ciowego ich ekranowania, przez skr
Dodatkowe zmniejszenie zakłóce
uzyskuje si
przez galwaniczn
separacj
obwodów nadajnika i odbiornika – brak wspólnej masy.
1.3 Pytania sprawdzaj
ce.
wady i zalety cyfrowego przetwarzania informacji.
2. Przeanalizuj schemat blokowy typowego urz
dzenia cyfrowego.
3. Omów sposób realizacji transmisji szeregowej jednokierunkowej.
4. Wymie
sposoby eliminacji zakłóce
w linii transmisyjnej.
1.4 Opis układu pomiarowego.
wiczenie składa si
z dwóch osobnych cz
ci. Na stanowisko
laboratoryjne nale
y nało
y
płyt
czołow
zatytułowan
„Zastosowanie układów
cyfrowych cz. I”, Cz
pierwsza
wiczenia słu
y do prezentacji transmisji
szeregowej jedno i dwukierunkowej. Na ka
dym stanowisku do wykorzystania
z rejestru uniwersalnego typu 74198, układu wyboru
zegara oraz układy zegarowego. Przeł
cznik WA słu
y do wybierania
ródła
taktowania (zegar nadajnika lub zegar zewn
trzny), przeł
cznik RODZ_A
cznikiem TAKT_A lub automatyczne
1Hz z impulsem startowym START_A). Do wpisywania danych do rejestru słu
czne przeł
y
przeł
cznik WPIS.
Odbiornik składa si
z rejestru przesuwaj
cego typu 74164, układu
wyboru zegara oraz układy zegarowego. Przeł
cznik WB słu
y do wybierania
ródła taktowania (zegar odbiornika lub zegar zewn
trzny), przeł
cznik
cznikiem TAKT_B
lub automatyczne 1Hz z impulsem startowym START_B). Do realizacji
transmisji dwukierunkowej słu
czne przeł
y przeł
cznik TRAN_C, który powoduje
cia odbiornika na jednym stanowisku
laboratoryjnym z dwukierunkowym buforem C. Diody LED, wy
czenie wyj
cia nadajnika oraz wej
wietlacze oraz
zadajniki zostały wykorzystane zgodnie z opisem na płycie czołowej.
1.5 rzebieg
wiczenia.
- 4 -
mi
przez zastosowanie cz
1. Wymie
jest układ nadajnika i układ odbiornika.
Nadajnik składa si
ustawia sposób taktowania (r
RODZ_B ustawia sposób taktowania (r
podł
P
OLTECHNIKA
C
ZSTOCHOWSKA
Przed rozpocz
ciem
wiczenia prowadz
cy nakłada płyt
czołow
na stanowisko laboratoryjne oraz ustawia kod
wiczenia na przeł
czniku
wicze
. Podł
cza zasilanie.
1.5.1 Transmisja szeregowa jednokierunkowa.
Zmontowa
układ według Rys. 1.3, wyzerowa
układ (RESET).
Przeł
czniki WA, WB, TRAN_C ustawi
w stan niski. Dla stanowiska
nadawczego ustawi
na zadajniku ZA=10101010. Wcisn
przeł
cznik WPIS
i poda
jeden impuls zegarowy (TAKT_A). Nast
pnie wcisn
ponownie WPIS
i podawa
impulsy zegarowe przy pomocy przeł
cznika TAKT_A. Odbiornik
stanowiska odbiorczego powinien by
taktowany przeł
cznikiem TAKT_B tu
po ka
dym przeł
czeniu taktu w nadajniku. Wyniki nale
y wpisa
do Tabela 1.1
(A- zadajnik, A - W3,W2 hex, B- W1, W0 hex). Nast
pnie powtórzy
badanie
dla pi
ciu ró
nych liczb A.
Nadajnik
Odbiornik
ZEGA
ZEGB
WEA
WEB
Zegar
Wybór zegara
Wybór zegara
Zegar
WA
TRANC
TRANC
WB
NA
A
B
NB
A7-0
Rejestr
Out
In
Rejestr
C
C
W1, W0
WPIS
Rys. 1.3. Transmisja szeregowa jednokierunkowa z osobnymi zegarami.
Tabela 1.1.
Nadajnik
Odbiornik
A bin
A hex
B hex
B bin
Ilo
bł
dów
10101010
...
Nadajnik
Odbiornik
ZEGA
ZEGB
WEA
WEB
Zegar
Wybór zegara
Wybór zegara
Zegar
WA
TRANC
TRANC
WB
NA
A
B
NB
A7-0
Rejestr
Out
In
Rejestr
C
C
W1, W0
WPIS
Rys. 1.4. Transmisja jednokierunkowa ze wspólnym zegarem nadajnika.
Zmontowa
układ według Rys. 1.4, wyzerowa
układ (RESET).
Przeł
czniki odbiornika WA, TRAN_C ustawi
w stan niski, a WB w stan
wysoki, natomiast przeł
czniki nadajnika WA, WB, TRAN_C ustawi
w stan
- 5 -
[ Pobierz całość w formacie PDF ]