Klopný obvod typu D, dělička dvěma, Johnsonův kruhový čítač

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Klopný obvod typu D, dělička dvěma, Johnsonův kruhový čítač"

Lubomír Jaroš
před 5 lety
Počet zobrazení:

Miroslav Patočka doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D Ing.

1 FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Klopný obvod typu D, dělička dvěma, Johnsonův kruhový čítač (Řídící elektronika BREB) Autoři textu: doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D Ing. Josef Kadlec červen 2013 epower Inovace výuky elektroenergetiky a silnoproudé elektrotechniky formou e-learningu a rozšíření prakticky orientované výuky OP VK CZ.1.07/2.2.00/

2 1.2 Klopný obvod typu D, dělička dvěma, Johnsonův kruhový čítač Cíle kapitoly: Kapitola seznámí čtenáře s funkcí klopného obvodu D a s jeho některými aplikacemi. V teoretickém úvodu se vrací k definicím a rozdělení logických obvodů Teoretický úvod 1) Rozdělení logických obvodů z hlediska funkce Je dobré uvědomit si následující pravidla: Logická funkce může být definována dvěma způsoby: algebraickým logickým výrazem, pravdivostní tabulkou. Logický obvod se vyznačuje tímto uspořádáním: Logický obvod má libovolný počet vstupů (jeden nebo více). Logický obvod může mít ve zvláštním případě pouze jeden výstup. Pak je uspořádán tak, že onen jeden výstup je určen jednou logickou funkcí vstupů (všech nebo pouze některých). Logický obvod může mít v obecném případě několik výstupů. Pak je uspořádán tak, že různé výstupy jsou určeny různými logickými funkcemi těchže vstupů (všech nebo pouze některých). Neboli: logický obvod je popsán tolika na sobě nezávislými logickými funkcemi, kolik má výstupů. Logické obvody lze dělit do dvou základních skupin: Logické obvody kombinační Vyznačují se oběma následujícími vlastnostmi: Nemají zpětnou vazbu. Žádný výstup není přiveden zpětnovazebně na žádný vstup. Nemají vstup hodinového signálu. Stav výstupů není závislý na čase, je závislý pouze na stavu vstupů. Kombinační obvody mohou být realizované dvěma technickými prostředky: Pomocí logických hradel - potřebná logická funkce, jako algebraický výraz, je sestavena z hradel. Pomocí jakékoli pevné paměti ROM (PROM, EPROM,...) - tatáž logická funkce může být definována pravdivostní tabulkou, pevně vypálenou do paměti. Logické obvody sekvenční Vyznačují se alespoň jednou následující vlastností: Mají zpětnou vazbu. Z jednoho nebo více výstupů je přiveden signál na jeden nebo více vstupů. Mají vstup hodinového signálu. Stav výstupů je závislý na čase (tj. na hodinách ). Sekvenční obvody mohou být : Astabilní klopné obvody AKO (oscilátory - definují pevnou délku periody). Monostabilní klopné obvody MKO (definují pevnou délku impulsu).

3 Bistabilní klopné obvody BKO. Typy: RS, RST, JK, D (D může přepisovat informaci ze vstupu na výstup buďto po dobu trvání úrovně hodinového impulsu, nebo na náběžnou/sestupnou hranu hodin). 2) Jak pracuje klopný obvod typu D Klopný obvod typu D (D-flop) je schematicky znázorněn na Obr Jeho vlastnosti jsou následující: Základní vlastností je paměťová funkce, zapamatovaná informace je k disposici na komplementárních výstupech Q, Q. Přepis informace ze datového vstupu D na výstup Q je řízen hodinovým signálem CL. Existují tři způsoby přepisu: 1) Přepis je umožněn po celou dobu trvání aktivní úrovně hodinového signálu (např po celou dobu log.1). To je velmi nevhodný způsob. Po tuto dobu výstup Q sleduje stav vstupu D (včetně jeho změn = vznik hazardů!). Proto se tento systém prakticky vůbec nepoužívá. 2) Přepis je umožněn pouze v okamžiku sestupné hrany hodin (trojúhelníček u vstupu CL míří ven). 3) Přepis je umožněn pouze v okamžiku náběžné hrany hodin (trojúhelníček u vstupu CL míří dovnitř). Resetovací a nastavovací (setovací) asynchronní vstupy R, S jsou prioritní (dominantní) vůči synchronním vstupům D, CL. Vstupy R, S se chovají vůči výstupům Q, Q zcela stejně, jak je tomu u klopného obvodu typu RS (někdy je aktivní jejich log.0, jindy log.1 - dle konkrétního typu). Aktivujeme-li oba vstupy R, S současně, oba výstupy Q, Q se současně překlopí do log.1 (v tomto stavu se tedy nechovají komplementárně!). Tento stav není nijak škodlivý, je funkčně využitelný a není v žádném případě neurčitý, jak je obvykle zdůrazňováno. Neurčitý je až stav následující, pokud nastane současné uvolnění obou asynchronních vstupů do neaktivního stavu. V tom případě totiž oba výstupy obnoví svoji komplementaritu, ale zcela náhodným, tj. neurčitým, přesněji neurčitelným způsobem. Toto platí o RSflopech zcela obecně, nemusí být součástí D-flopu. Pokud nejsou asynchronní R, S vstupy použity, informace z datového vstupu D se v okamžiku náběžné hrany přepíše na výstup Q a tam setrvává až do příchodu nové hrany hodin. Podle nového aktuálního stavu na vstupu D se informace na výstupu buď zachová nebo změní v opačnou. Zapojíme-li výstup Q zpětnovazebně na vstup D, stane se z D-flopu dělička kmitočtu dvěma. Celý systém funguje díky nepatrnému dopravnímu zpoždění na dráze D - Q. Po dobu zpoždění se totiž stav výstupu Q nestačí změnit, tudíž je zachycen datovým vstupem v okamžiku příchodu hodinové hrany. Sotva je zachycen, po uplynutí dopravního zpoždění se mění na opačný. Výstupní komplementární signály mají přesně střídu 1: 1 a poloviční kmitočet oproti hodinám.

4 Obr. 3.6: Klopný obvod typu D, reagující na náběžnou hranu hodinového signálu. a) Schematická značka. b) Vnitřní struktura obvodu Popis obvodového zapojení úlohy Zapojení úlohy je na Příloze 10. Celá úloha je realizována pomocí CMOS obvodů řady Napájecí napětí je 15V. Jednotlivé dílčí obvody jsou velmi jednoduché a není třeba vysvětlovat jejich funkci. Kruhový Johnsonův čítač je tříbitový posuvný registr se zpětnou vazbou z posledního sériového výstupu Q do prvního vstupu D. Informace je přepisována (posouvána) stále dokola s každým příchodem hrany hodinového impulsu. Johnsonův čítač musí být vybaven resetovacím obvodem IC3, který při zapnutí napájecího napětí nuluje všechny tři D-flopy po dobu, než se napětí ustálí a rozjede se generátor hodinového kmitočtu. Bez resetu se výstupy všech tří D-flopů po zapnutí překlopí do náhodných stavů, které jsou pak v kruhovém čítači trvale uchovány (posouvají se neustále dokola) Zadání 1. Zobrazte signál CLK na výstupu oscilátoru s obvodem Změřte kmitočet a ověřte jej přibližným výpočtem. Propojením svorek A1, A2 připojte kondenzátor C 4. Změřte znovu kmitočet a ověřte výpočtem. 2. Přepněte obě sekce přepínače S2 do polohy ON. Pozorujte činnost děličky dvěma vytvořené z D-klopného obvodu IC1A (4013) (blikání LED diod D 1, D 2 ). Zobrazte dvoukanálově signál CLK a výstupní signál děličky (Q resp. Q na rezistorech R 1, R 2 u diod LED). 3. Přepnutím sekce 1 nebo 2 přepínače S2 do polohy OFF (přivedením log. 1 nebo log. 2 na vstup R nebo S) ověřte dominantní funkci vstupů R a S obvodu Pozorujte činnost Johnsonova kruhového čítače (blikání tří LED diod). Odpojte zcela napájecí napětí a počkejte do úplného vybití filtračního kondenzátoru C 2. Připojte znovu napájení a sledujte činnost resetovacího monostabilního klopného obvodu 4584 (reset trvá po celou dobu, kdy svítí všechny tři LED diody). 5. Pozorujte činnost klopného obvodu RS realizovaného s obvodem Ovládejte jej tlačítky S1, S3 a pozorujte příslušné LED diody (červenou a zelenou). Ověřte pomocí žluté diody činnost kombinačního logického obvodu sestaveného z hradel IC4C, IC4D. Z pozorovaných výsledků sestavte pravdivostní tabulku tohoto obvodu. 6. Z pravdivostní tabulky určete kanonický tvar (např. úplnou disjunktivní normální formu) příslušné logické funkce. Porovnejte, zda souhlasí se skutečným zapojením.

5 Otázka: Jak by bylo možno realizovat kombinační obvod IC4C, IC4D pouze pomocí dvojvstupových hradel NOR?

6 Klopný obvod typu D, dělička dvěma, Johnsonův kruhový čítač

7 2.2 Seznam použité literatury [ 1 ] Dostál J.: Operační zesilovače. SNTL, Praha, [ 2 ] Hanus, S.: Elektronika. Skriptum FE VUT. ES VUT, BRNO, 1991.

Podobné dokumenty

BDIO - Digitální obvody

BDIO - Digitální obvody BIO - igitální obvody Ústav Úloha č. 6 Ústav mikroelektroniky ekvenční logika klopné obvody,, JK, T, posuvný registr tudent Cíle ozdíl mezi kombinačními a sekvenčními logickými obvody. Objasnit principy