04_circuite logice integrate in automatizari ii

5/13/2018 04_Circuite Logice Integrate in Automatizari II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/04circuite-logice-integrate-in-automatizari-ii 1/34

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC

Proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

Beneficiar – Centrul Naţional de Dezvoltare a Învăţământului Profesional şi Tehnic

str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureşti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, [email protected]

Modulul CIRCUITE LOGICE INTEGRATE ÎN AUTOMATIZĂRI

Partea a II-a: CIRCUITE LOGICE SECVENŢIALE

MATERIAL DE ÎNVĂŢARE

Domeniul: Electronica şi automatizări

Calificarea:Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



Autor:

DICK VIORICA DOINA – prof. ing. grad didactic I, Grup Şcolar ElectronicaIndustrială, Bucureşti

Coordonator:

DIACONU GABRIELA – prof.ing.grad didactic I, Grupul Şcolar de Chimie„Costin Neniţescu” Bucureşti

Consultanţă CNDIPT:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

GABRIELA CIOBANU – expert CNDIPT

ANGELA POPESCU – expert CNDIPT

DANA STROIE – expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnidomeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-20

2



CUPRINS

INTRODUCERE ............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ........... ..... ..... ..3

Materialele de învăţare se adresează în primul rând elevului, ajutându-l să-şi formeze competenţele cerute de

Standardul de Pregătire Profesională. Aceste materiale de învăţare s-au elaborat pe baza programei modulului„Circuite logice integrate în automatizări” care se studiază în clasa a XI-a liceu tehnologic, în vederea asigurării

pregătirii de specialitate în calificarea Tehnician în automatizări din profilul tehnic.......................................................4

Tema 1. Circuite Basculante Bistabile ............. .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .....4

Fişa de documentare 1: Circuite Basculante Bistabile ............ ............... .............. .............. .............. ........... ..... ...... ...... .....4

Activitatea de învăţăre 1.1 Circuite Basculante Bistabile ............. .............. .............. .............. ............... ...... ...... ...... .....8

Activitatea de învăţăre 1.2 Circuite Basculante Bistabile ............. .............. .............. .............. ............... ...... ...... ...... .....9

Activitatea de învăţăre 1.3 Circuite Basculante Bistabile ............. .............. .............. .............. ............. ..... ...... ...... ..... .10Activitatea de învăţăre 1.4 Circuite Basculante Bistabile ............. .............. .............. .............. ............. ..... ...... ...... ..... .11Autoevaluare ............... .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ............. .....13

Tema 2. Numărătoare .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. .......... ..... ..... ...... .14

Fişa de documentare 2: Numărătoare .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. ........... ..... ...... .....14

Activitatea de învăţăre 2.1 Numărătoare .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ...... ...... ..... .18

Activitatea de învăţare 2.2 Numărătoare .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ...... ...... ..... .19

Activitatea de învăţăre 2.3 Numărătoare .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ...... ...... ..... .21

Autoevaluare ............... .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ............. .....24

Tema 3. Registre de deplasare ............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ........ ...... .25

Fişa de documentare 3: Registre de deplasare ............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. ......... ..... .25

Activitatea de învăţare 3.1 Registre de deplasare ............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ ..... ...29Activitatea de învăţare 3.2 Registre de deplasare ............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ ..... ...30

Autoevaluare ...............................................................................................................................................................31GLOSAR .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ............... ............ ...... ...... ...... .32

BIBLIOGRAFIE ............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ............... .......... ...... ...... ...... ..... .33

INTRODUCERE

3



Materialele de învăţare se adresează în primul rând elevului, ajutându-l să-şi formezecompetenţele cerute de Standardul de Pregătire Profesională. Aceste materiale de

învăţare s-au elaborat pe baza programei modulului „Circuite logice integrate înautomatizări ” care se studiază în clasa a XI-a liceu tehnologic, în vederea asigurăriipregătirii de specialitate în calificarea Tehnician în automatizări din profilul tehnic.

Important pentru motivaţia elevilor de a învăţa este „să facă ceva” cu cunoştinţele pe

care le acumulează, să le aplice în situaţii concrete. Activităţile de învăţare propusegenerează elevilor cunoştinţe procedurale, punându-i în situaţia de a rezolva o problemă,de a îndeplini o sarcină, astfel încât ei să înveţe atât conţinuturi cât şi proceduri.

Se propun activităţi de învăţare diverse ca grad de dificultate, pentru a putea fi abordatede elevi cu nivele de pregătire şi înţelegere diferite.

Acest material ilustrează concepţia autoarei conform căreia orice elev poate învăţa,dacă are la dispoziţie un îndrumar prietenos, care-l ajută asemenea unui bun profesor.

Structura materialelor de învăţare este următoarea:- fişe de documentare care oferă elevilor informaţiile esenţiale cu privire la Circuitele

logice secvenţiale.- fişe pentru activităţi de învăţare care oferă elevilor suportul necesar pentru a-şi

forma competenţele tehnice specializate, utilizând cunoştinţele transmise în cadrulactivităţii de predare, informaţiile din fişele de documentare, precum şi competenţelecheie şi competenţele tehnice generale dobândite anterior.

- glosar care reprezintă o listă cu termeni specifici, utilizaţi pe parcursul materialuluişi care are rolul de a sprijini elevii în înţelegerea conţinuturilor propuse.

Tabelul de corelaţie de mai jos prezintă succesiunea abordării diferitelor elementecomponente, precum şi subordonarea acestora faţă de competenţele tehnice specializate.

Competenţa Tema Element componenet1 Identifică circuitelelogice integrate după

criterii de clasificare2 Verifică funcţionareacircuitelor logice integrate

3 Realizează practicşi/sau prin simularemontaje cu circuite logiceutilizate în automatizări

Tema1. Circuitebasculante bistabile

Fişa de documentare 1Activitatea de învăţare 1.1

Activitatea de învăţare 1.2Activitatea de învăţare 1.3Activitatea de învăţare 1.4

Tema 2.Numărătoare

Fişa de documentare 2Activitatea de învăţare 2.1Activitatea de învăţare 2.2Activitatea de învăţare 2.3

Tema 3. Registre dedeplasare

Fişa de documentare 3Activitatea de învăţare 3.1Activitatea de învăţare 3.2

Tema 1. Circuite Basculante BistabileFişa de documentare 1: Circuite Basculante Bistabile

Circuitele basculante bistabile (CBB) sunt circuitele logice secvenţiale care au douăstări stabile, trecerea dintr-o stare în cealaltă (bascularea), făcându-se numai la aplicareaunei comenzi din exterior. În funcţie de modul în care sunt comandate, CBB-urile sunt demai multe feluri, adecvate diverselor aplicaţii(divizare a frecvenţei, numărare, deplasare ainformaţiei, memorare) în care sunt utilizate: R-S, D, J-K, T. După natura funcţionării lor,bistabilele se împart în circuite asincrone şi circuite sincrone(cu ceas).

4



1. Bistabilul de tip R – SCircuitul basculant bistabil R-S are două intrări de comandă(de date) notate

S(set=înscriere) şi R(reset=ştergere), o intrare de ceas notată CK(clock) si două ieşiricomplementare Q si Q' (negat). Tabelul de adevăr reprezintă evoluţia ieşirii Q, în funcţie destarea intrărior R şi S, la aplicarea unui impuls pe intrarea de ceas.Schema logică:

Simbol:

R, CK, S -intrări

Q, Q' - ieşiri

Prezenţa cerculeţului indică activarea pe front negativTabel de adevăr:

Funcţionare:

Qn reprezintă ieşirea la momentul aplicării impulsului de tact, Qn+1 reprezintă ieşirea la momentul ulterior aplicării impulsului de tact.

În lipsa unor comenzi pe intrări (S=0 R=0), starea circuitului nu se schimbă (Qn+1=Qn).Înacestă situaţie circuitul memorează starea sa anterioră.

La aplicarea comenzilor S=1 R=0 informaţia se inscrie în circuit: Q n+1=1La aplicarea comenzilor S=0 R=1 informaţia se şterge din circuit: Qn+1=0Comanda S=1 R=1 este interzisă, starea circuitului nefiind determinată în această

situaţieStructura master – slave(stăpân-sclav) :Primul CBB (A şi B) este Master, iar al doilea (C şi D) este Slave. Comanda lor se face înantifază, printr-un inversor.

S R CK Qn+1

0 0 Qn

1 0 10 1 01 1 NED

5



2. Bistabilul de tip D

Dacă R = S atunci bistabilul de tip R-S se transformă într-un bistabil de tip D.Se elimină starea de nedeterminare. Bistabilul D (Delay) întârzie datele de la intrare, laieşire cu un tact.Acest bistabil se obtine prin legarea unei porţi NU între intrările R şiS.Ieşirea Q a bistabilului D preia pur şi simplu valoarea de la intrarea D, în momentul încare semnalul de ceas este pe frontul activ.

Schema logică:

Simbol:

D, CK,- intrări

Q, - ieşiri

Absenţa cerculeţului indică activarea pe front pozitiv

Tabel de adevăr :

Funcţionare:Qn reprezintă ieşirea la momentul aplicării impulsului de tact.Qn+1 reprezintă ieşirea la momentul ulterior aplicării impulsului de tact.

CBB funcţionează pe frontul pozitiv al impulsului de tact.Când D=0 ieşirea devine 0, iar când D=1, ieşirea devine 1. Informatia se transmite la iesire

în momentul aplicării impulsului de tact.

CK D Qn+1

0 01 1

6



3. Bistabilul de tip J-KAcest tip de bistabil se obţine din CBB de tip RS prin eliminarea stării de nedeterminare,adăugând o buclă de reacţie suplimentară.Schema logică:

Simbol:J, K, T - intrări

Q, - ieşiri

Absenţa cerculeţului indică activarea pe front pozitiv

Tabel de adevăr:

Funcţionare:Qn reprezintă ieşirea la momentul aplicării impulsului de tact. Qn+1 reprezintă ieşirea la momentul ulterior aplicării impulsului de tact.

+1 CBB funcţionează pe frontul pozitiv al impulsului de tact.În lipsa unor comenzi pe intrări (J=0 K=0), starea circuitului nu se schimbă: Qn+1=Qn.În

acestă situaţie circuitul memorează starea sa anterioră.La aplicarea comenzilor J=0 K=1 informaţia se şterge din circuit: Qn+1=0.La aplicarea comenzilor J=1 K=0 informaţia se înscrie în circuit: Qn+1=1.Comanda J=1 K=1 schimbă starea circuitului: Qn+1= Q'

n (negat)3. Bistabilul de tip T

Dacă se impune condiţiaJ = K, atunci se vaobţine un bistabil de tipT.Schema logică:

J K T Qn+1 Funcţie

0 0 Qn păstrează starea

0 1 0 reset

1 0 1 set1 1 Q'

n schimbă starea

7



Simbol:

T, CK- intrări

Q, -ieşiri

Prezenţa cerculeţului indică activarea pe front 8egative

Tabel de adevăr:

T CK Qn+1 Funcţie

0 Qn păstreazăstarea

1 schimbăstarea

Funcţionare:Qn reprezintă ieşirea la momentul aplicării impulsului de tact, Qn+1 reprezintă ieşirea la momentul ulterior aplicării impulsului de tact.

CBB comută pe frontul negatival impulsului de ceas.CBB T(Toggle) se comportă ca un comutator. Când T=0 ieşirea rămâne neschimbată, iar când T=1, ieşirea îşi schimbă starea(comută). Toţi bistabilii pot fi prevăzuţi cu intrări de Set si Reset asincrone, pentru a seta (Set)ieşirea in 1 logic sau a reseta (Reset) ieşirea in 0 logic imediat, nu în sincronizare cuceasul. Acest lucru este foarte util atunci când bistabilul este folosit in numărătoare sauregistre. În mod normal intrările Set şi Reset sunt active pe 0.

Hiperlink-uri: www.bel.utcluj.ro/ci/rom/ed.html ,www.allaboutcircuits.com

Activitatea de învăţăre 1.1 Circuite Basculante Bistabile

Competenţe: 25.1 Identifică circuite logice după criterii de clasificare25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate

8

http://www.bel.utcluj.ro/ci/rom/ed.html


http://www.allaboutcircuits.com/





Obiective vizate: În urma desfăşurării activităţii de învăţare vei fi capabil:

- să recunoşti după simbol circuitele basculante bistabile- să completezi tabelul de adevăr al unui circuit basculant bistabil- să explici funcţionarea circuitelor basculante bistabile studiate

- să compari circuitele basculante bistabile din punct de vedere al funcţionăriiTimp de lucru: 30minute

Tipul activitătii: Grupurile de experţi (peer learning)

Organizarea clasei:

Elevii sunt împărţiţi în patru grupe de lucru. Fiecare grupă trebuie să aibă minimpatru elevi şi primeşte ca temă de studiu un circuit basculant bistabil integrat. Prima grupăCBB RS, a doua grupă CBB D, a treia grupă CBB JK, iar a patra grupă CBB T. După un

timp de 15 minute în care elevii se informează, folosind Fisa de documentare 4.1: CircuiteBasculante Bistabile cu privire la tema primită, se reorganizează grupele astfel încât îngrupele nou-formate să existe cel puţin o persoană din fiecare grupă iniţială. Timp de 15minute, elevii vor împărtăşi cu ceilalti colegi din grupa nou-formată cunoştinţele dobândite

în pasul anterior. Accentul se va pune pe simbolul circuitelor, tabelul de adevăr al fiecăruicircuit şi funcţionarea acestuia.



Obiective vizate:

9



În urma desfăşurării activităţii de învăţare vei fi capabil:- să condiţionezi starea intrărilor bistabililor de starea ieşirii- să compari CBB-urile de tip RS, JK şi D

Timp de lucru: 10 minute.

Tipul activităţii: ProblematizareIeşirea unui circuit basculant bistabil(CBB) asincron este Q = 1. Selectaţi varianta pe careo consideraţi corectă pentru starea intrărilor fiecărui tip de CBB. Comutator deschis esteechivalent cu 0, iar comutator închis cu 1. Dacă nu aţi răspuns corect revedeţi tabelele deadevăr din Fişa de documentare 4.1: Circuite Basculante Bistabile .

a. b.

a. b.

a. b.

Rezolvare:RS: a., JK: b., D: a.



10




- să completezi tabelul de adevăr al fiecărui CBB- să identifici cele patru CBB studiate, utilizând tabelele de adevăr

Timp de lucru: 15 minute

Tipul activităţii: Completare

Se dau următoarele tabele de adevăr incomplete ale CBB-urilor sincrone studiate.Completaţi-le astfel incât să obţineţi funcţionarea corectă a circuitelor.

1.2.

3.4.

Dacă nu aţi răspuns corect revedeţi tabelele de adevăr din Fişa de documentare 4.1:Circuite Basculante Bistabile.

Rezolvare:1. S=0, Qn+1 = Qn , Qn+1 = 1, R=1.2. D=0, D=1.3. J=1, K=0, K=1,Qn+1 = 1.4. T=1, Qn+1 = Qn .

Activitatea de învăţăre 1.4 Circuite Basculante BistabileCompetenţe: 25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate25.3 Realizează practic şi/sau prin simulare montaje cu circuite logiceutilizate în automatizări

S R Qn+1

0 01 0

1 01 Ned.

CK D Qn+1

01

J K T Qn+1

0 Qn

0 1

0 1

1 Q'n

T CK Qn+1 0

11




- să identifici un circuit integrat cu bistabili în catalog- să precizezi semnificaţia pinilor unui bistabil integrat- să selectezi un bistabil în funcţie de aplicaţia sau montajul în care este utilizat

Timp de lucru: 25 minute.Tipul activitătii: Studiu de caz

Utilizează cataloagele de circuite integrate digitale pentru agăsi un CBB JK MS(master-slave), deoarece aceste tipuri decircuite le vei folosi cel mai mult în următoarea secţiune,numărătoare. Vei identifica un circuit, vei lista configuraţiapinilor şi semnificaţia lor şi vei întocmi tabelul de adevăr alcircuitului, stiind că el este o combinaţie a unui circuit JK şi aunui circuit RS. Intrările JK sunt intrări sincrone, iar intrările

RS sunt intrări asincrone. Intrările asincrone sunt dominante.Ţine cont că intrarea R este notată cu CLEAR(şterge), iar Seste notată cu PRESET(înscrie). Pentru a te ajuta îţi dăm un

model de Fişă de lucru pentru un circuit integrat TTL 7476. Acest circuit conţine două(dual)CBB-uri JK MS cu ştergere şi setare.

În figura următoare este redată capsula CI (circuitului integrat). Flip- Flop înseamnă CBB.

Vei lista pinii şi semnificaţia lor, ca în exemplul următor:

Număr pin Notaţia Semnificaţia1 1 CLK Intrarea de tact(clock) pentru primul CBB2 1 PRE Intrarea asincronă S pentru primul CBB3 1 CLR Intrarea asincronă R pentru primul CBB4 1 J Intrarea sincronă J pentru primul CBB5 Vcc Tensiunea de alimentare

12



6 2 CLK Intrarea de tact pentru al doilea CBB7 2 PRE Intrarea asincronă S pentru al doilea CBB8 2 CLR Intrarea asincronă R pentru al doilea CBB9 2 J Intrarea sincronă J pentru al doilea CBB10 2 Ieşirea negată a celui de al doilea CBB11 2 Q Ieşirea celui de al doilea CBB

12 2 K Intrarea sincronă K pentru al doilea CBB13 GND Masa14 1 Ieşirea negată a primului CBB15 1 Q Ieşirea primului CBB16 1 K Intrarea sincronă K pentru primul CBB

Tabelul de adevăr care defineşte funcţionarea CBB-ului este redat mai jos, cu următoarelecorelaţii: H(high=sus) = 1, L(low=jos) =0.COMUTĂ = TOGGLE. Obişnuieşte-te cu notaţiiledin limba engleză, deoarece nu vei găsi cataloage de circuite integrate digitale traduse înlimba română.

Explică funcţionarea circuitului, folosind tabelul de adevăr, care se mai numeşte şi tabelulde funcţii.Vei putea studia conform modelului dat orice CBB din catalog şi apoi îl vei putea utiliza încircuite mai complexe (numărătoare, registre).

Autoevaluare

1. CBB care repetă semnalul aplicat la intrare şi întârzie cu un tact este de tip :

a) JKb) RS

13



c) Dd) T

rezolvare:c)

2.Prin conectarea împreună a intrărilor unui bistabil de tip JK se obţine un circuit basculant

bistabil de tip:a) Db) Tc) RS asincrond) RS sincron

rezolvare:b)

3. Dacă la un circuit basculant bistabil JK se aplică pe intrarea J semnal logic 0, iar peintrarea K semnal logic 1, la ieşirea Q vom avea:

a) 0

b) 1c) se păstrează staread) stare de nedeterminare

rezolvare:a)

4.CBB care repetă semnalul aplicat la intrare este de tip:a) JKb) Dc) RSd) T

rezolvare:d)

5. Tabelul de adevăr corespunde următorului CBB:

a) CBB JKb) CBB Tc) CBB Dd) CBB RS

rezolvare:c)

Tema 2. NumărătoareFişa de documentare 2: Numărătoare

Numărătoarele sunt circuite logice secvenţiale care au funcţia de a număraimpulsurile aplicate la intrarea de tact. La majoritatea numărătoarelor integrate rezultatuleste furnizat în cod binar sau cod BCD.

Numărătoarele sunt realizate cu ajutorul bistabililor (in general de tip JK sau D). Numărulstărilor distincte posibile ale unui numărător realizat cu n bistabili este N ≤ 2n. Capacitateade numărare a unui numărător este egală cu numărul stărilor distincte pe care le are.

X Qn Qn+10 0 00 1 01 0 1

1 1 1

14



Aceste circuite pot fi clasificate după mai multe criterii:• după modul în care îşi modifică conţinutul există:

o numărătoare directe- acestea îşi cresc conţinutul cu câte o unitate la fiecareimpuls aplicat la intrare;

o numărătoare inverse- conţinutul acestora scade cu câte o unitate la fiecareimpuls aplicat la intrare;

o

numărătoare reversibile - care numără în sens direct sau invers în funcţie deo comandă aplicată din exterior.• după modul de funcţionare există:

o numărătoare asincrone – bistabilii care intră în configuraţia acestor numărătoare sunt comandate in cascadă, avand ceasuri diferite;

o numărătoare sincrone – la acest tip de numărătoare bistabilii din care esteconstituit numărătorul comută simultan sub acţiunea unui impuls de tactcomun, aplicat tuturor bistabililor;

Numărătoare asincroneSe analizează funcţionarea unui numărător asincron cu patru celule de numărare

Tabelul de succesiune a stărilor pentru numărătorul binar de 4 biţi esteStare Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 0

9 1 0 0 110 1 0 1 011 1 0 1 112 1 1 0 013 1 1 0 114 1 1 1 015 1 1 1 1

Observaţi că fiecare bit comută numai când bitul mai puţin semnificativ comută într-odirecţie anume: din 1 în 0. Dacă folosim bistabili care comută pe frontul negativ alimpulsului de ceas, vom putea conecta intrarea de ceas a fiecărui bistabil la ieşirea Q abistabilului anterior, astfel încât când bitul dinainte se schimbă din 1 în 0 comandăcomutarea bistabilului următor. Folosind proprietatea bistabilului JK cu intrările J = K = 1 dea trece în starea complementară la fiecare impuls de tact, pentru realizarea numărătoruluise aplică impulsurile de tact bistabilului asociat bitului de rang inferior (Q0). La fiecarecomutare din 1 în 0 a acestui bistabil se obţine un front negativ care se utilizează pentrucomanda bistabilului asociat bitului următor, Q1 şi aşa mai departe.

Se obţine circuitul din figura următoare. Primul bistabil comută pe frontul pozitv alsemnalului de ceas(clock), iar celelalte pe frontul negativ.

15



Numărător asincron binar de 16 stări

Diagrama de timp pentru numărătorul prezentat:

Săgeţile indică comutarea fiecărei ieşiri, la tranziţia din 1 în 0 a ieşirii anterioare.Numărătorul prezentat numără înainte până la 16. Dacă dorim un numărător care sănumere mai puţin trebuie să întrerupem succesiunea stărilor la numărul dorit, ştergângcelelalte stări ale bistabililor, folosind o reacţie. De exemplu să transformăm numărătorulde N=16 stări de mai sus, într-un numărător decadic cu N=10 stări.

Tabelul de adevăr Tact QD QC QB QA

0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 1

16



6 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 110 0 0 0 0Când numărătorul ajunge la 9, care este numărul binar 1001, ieşirile QA şi QD sunt

în 1 logic. Aceste ieşiri sunt intrările unei porţi ŞI-NU a cărei ieşire 0 este folosită pentru aşterge toate CBB-urile comandându-le pe intrarea asincronă SET, activă pe 0. Numărător decadic

Numărătoare sincrone În cazul numărătoarelor sincrone, impulsurile de tact sunt aplicate simultan la toate

bistabilele, care vor comuta în acelaşi timp, deci nu succesiv ca în cazul numărătoarelor

asincrone. Se elimină astfel întârzierile cumulative datorită bistabilelor, frecvenţa de lucrunefiind limitată decât de întârzierea datorată unui singur bistabil şi de întârzierea introdusăde porţile logice adăugate.

Considerăm un numărător binar de 4 biţi. Pentru realizarea acestuia în variantasincronă cu bistabile de tip J-K conectate ca bistabile T, consultăm tabelul de succesiune astărilor. Se poate observa că un anumit bistabil din numărător, cu excepţia bistabilului Q0,care comută la fiecare impuls de tact, comută numai atunci când toate bistabilele de ordininferior au ieşirea 1 logic în starea anterioară. De exemplu, Q3 comută atunci când Q2, Q1,Q0 sunt în 1 logic în starea anterioară.Din această observaţie, rezultă ecuaţiile intrărilor bistabilelor J-K:J0 = K0 = 1

J1 = K1 = Q0J2 = K2 = Q0 Q1

J3 = K3 = Q0 Q1 Q2 care se mai pot scrie şi în felul următor:J0 = K0 = 1J1 = K1 = Q0

J2 = K2 = Q1 J1

J3 = K3 = Q2 J2

Rezultă schema logică a unui numărător sincron cu patru celule de numărare, cunumărare în sens direct.

17



Date de catalogSN74LS193 - numărător binar, sincron, reversibil, de 4 biţi,a cărui capsulă este redată în figura alăturată.SN74LS192 - numărător decadic, sincron, reversibil, de 4biţiCD4510B - numărător BCD, sincron, reversibil, presetabilpe 4 biţiSN74LS161A/ SN74LS163A - numărător binar, sincron,presetabil, cu reset asincron/sincron

Hyperlink-uri:www.allaboutcircuits.comwww.techologystudent.comwww.wikipedia.org

Activitatea de învăţăre 2.1 NumărătoareCompetenţe:25.1 Identifică circuite logice integrate după criterii de clasificare

25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate


- să identifici numărătorul asincron după schema de principiu

18


http://www.techologystudent.com/

http://www.wikipedia.org/






- să descrii funcţionarea numărătorului asincron- să explici evoluţia stărilor numărătorului


Tipul activitătii: Cubul

Organizarea clasei:

Clasa de elevi se împarte în 6 grupe, fiecare grupă având câte un coordonator. Fiecare

coordonator rostogoleşte aleatoriu cubul. Faţa de sus a cubului oprit indică sarcina grupului

respectiv.

Pe fiecare faţă se dau următoarele sarcini de lucru:

1. Scrie

2. Reprezintă

3. Transformă

4. Interconectează

5. Trasează

6. Explică

Profesorul detaliază pentru fiecare grupă sarcinile de lucru: 1. Scrie tabelul de

adevăr al unui numărător cu 8 stări; 2. Reprezintă un CBB de tip JK;

3. Transformă un CBB de tip JK în CBB de tip T; 4. Interconectează 3 CBB de tip T astfel

încăt să formeze un numărător; 5. Trasează diagrama de timp a numărătorului; 6. Explicăfuncţionarea numărătorului. Profesorul organizează grupele astfel încât să se respecte

ordinea logică a sarcinilor de lucru enumerate, monitorizează activitatea elevilor şi

apreciază corectitudinea rezolvării.

Materiale necesare: Fişa de documentare 4.2 Numărătoare

Activitatea de învăţare 2.2 Numărătoare

Competenţa: 25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate


- să determini numărul de CBB-uri necesare unui numărător - să completezi tabelul de adevăr al unui numărător - să construieşti diagrama de timp a unui numărător

19



- să desenezi schema unui numărător asincron direct


Tipul activităţii: Problematizare

Realizează schema logică a unui numărător asincron care să numere până la 5.Rezolvare:Pentru a rezolva sarcina de lucru vei urma etapele de mai jos.

Pasul 1:Află numărul bistabililor necesari, aplicând formula: N ≤ 2n, unde N reprezintă numărulstărilor, iar n numărul bistabililor.N = 5, deci sunt necesari n = 3 bistabili.

Pasul 2:

Scrie tabelul de adevăr. La tactul 6 bistabilii trebuie resetaţi(aduşi în 0).Tact Q2 Q1 QO

0 0 0 01 0 0 12 0 1 03 0 1 14 1 0 05 1 0 16 0 0 0

Pasul 3:Trasează diagrama de timp pentru numărătorulprezentat.

În acest exemplu primul CBB comută pe frontulpozitiv, iar următoarele pe frontul negativ alsemnalului de ceas.

Pasul 4:

Desenează schema logică, conectând CBB-urile şi stabilând o reacţie(prin poarta ŞI-NU)pentru a reseta bistabilii. Observă că numai la tactul 5 Q2 şi Q0 sunt în 1 logic. Acesteaconstituie intrările unei porţi ŞI-NU, a cărei ieşire va fi 0 şi se va aplica pe intrările SET,aducând toate CBB-urile în starea 0.

20



Activitatea de învăţăre 2.3 Numărătoare

Competenţe: 25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate25.3 Realizează practic şi/sau prin simulare montaje cu circuite logiceutilizate în automatizări

Obiective vizate:21



În urma desfăşurării activităţii de învăţare vei fi capabil :- să identifici un numărător în catalogul de circuite integrate digitale- să explici funcţionarea acestuia.


Tipul activităţii: Studiu de cazUtilizează cataloagele de circuite integrate digitale pentru a găsi unnumărător Vei identifica un circuit, vei identifica principalelecaracteristici, vei lista configuraţia pinilor şi semnificaţia lor, ca înexemplul următor:

74HCT193 - numărător binar de 4 biţi , sincron, reversibil, cubistabili de tip D

• familia CMOS de viteză mare, putere redusă, similar cu Low Schottky•

produs de firma Philips Semiconductor • incărcare paralelă şi reset asincron• expandabil fără logică externă• poate număra înainte şi înapoi având intrări diferite de ceas pentru cele două

sensuri de numărare• ieşirile se schimbă sincron cu frontul crescător al ceasului

Semnificaţia pinilor

22



Tabelul de funcţii al circuitului dat în cele mai multe cataloage te ajută să explici cumfuncţionează numărătorul ales.

Tabelul de funcţiiMod de

funcţionareIntrări Ieşiri

CLR LD CU CD A B C D Q0 Q1 Q2 Q3 TCU TCD

Reset(clear) 11

xx

xx

01

xx

xx

xx

xx

00

00

00

00

11

01

Încărcareparalelă

1111

1111

xx01

01xx

0011

0011

0011

0011

0011

0011

0011

0011

1101

0111

Numără înainte

0 1 1 x x x x Numără înainte 1 1

Numără înapoi 0 1 1 x x x x Numără înapoi 1 1

Număr pin Simbol Nume şi funcţie3,2,6,7 Q0 Q1 Q2 Q3 Ieşiri4 CD Intrare de ceas numărare înapoi5 CU Intrare de ceas numărare înainte8 GND Masa(0 V)11 LD Intrare de încărcare paralel12 TCU Transport pentru numărare înainte13 TCD Transport pentru numărare înapoi14 CLR Intrare reset asincron15,1,10,9 A,B,C,D Intrări de date16 Vcc Tensiunea de alimentare

23



Autoevaluare

1.Numărătorul în configuraţia căruia intră circuite basculante bistabile, comandate încascadă, având ceasuri diferite se numesc:a) numărătoare sincroneb) numărătoare directe

c) numărătoare asincroned) numărătoare reversibile

R: c)

2. Un numărător binar asincron realizat cu circuite basculante bistabile de tip JK poateavea doar 8 stări distincte dacă sunt legate corespunzător:a) două circuite basculante bistabile de tip JKb) trei circuite basculante bistabile de tip JKc) patru circuite basculante bistabile de tip JKd) opt circuite basculante bistabile de tip JK

R: b)

24



Tema 3. Registre de deplasareFişa de documentare 3: Registre de deplasare

Sunt circuite logice secvenţiale utilizate pentru stocarea (memorarea) informaţieibinare. Ele sunt formate din CBB-uri conectate în cascadă, astfel încât ieşirea unui CBBdevine intrarea următorului. Un bistabil poate stoca o cifră binară. Pentru a stoca patru biţise utilizează patru bistabili, iar pentru a stoca un cuvânt binar de opt biţi putem folosi optbistabili. Cel mai convenabil bistabil pentru aceasta aplicatie este bistabilul de tip D.ToateCBB-urile sunt comandate de un semnal de ceas comun şi toate sunt şterse simultan.Tipurile de bază ale registrelor de deplasare sunt:

o Registre cu înscriere serie şi citire serie (serie-serie);o Registre cu înscriere serie şi citire paralel (serie-parale);o Registre cu înscriere paralel citire serie serie (paralel-serie);o Registre cu înscriere paralel citire parallel (paralel-paralel).

Registru cu înscriere serie şi citire serieUn astfel de registru, format din 4 CBB tip D este arătat în figura următoare:

Funcţionare:Funcţionarea acestui registru pentru cuvântul de 4 biţi 1001 se poate urmări în tabelulurmător:

1010011001

IMPULSURIDE CEAS

Q0 Q1 Q2 Q3

0 0 0 0 01 1 0 0 02 0 1 0 03 0 0 1 04 1 0 0 15 0 1 0 06 0 0 1 07 0 0 0 18 0 0 0 0

25



Registrul este mai întâi şters, toate ieşirile fiind în 0. Datele se introduc (înscriu)secvenţial la intrarea D a primului bistabil. Fiecare impuls de ceas va deplasa datele cucâte un bit de la stânga la dreapta. După 4 impulsuri acestea încep să apară la ieşire.

Există şi registre cu deplasare spre stânga si reversibile care pot deplasa informaţiala dreapta sau la stânga, în funcţie de un semnal de comandă.

Registru cu înscriere serie si citire paralelRolul registrului cu înscriere serie si citire paralel este de a transforma informatia din modserie în mod paralel.

Funcţionare:Funcţionarea acestui registru pentru un cuvânt de 4 biţi 1001 se poate urmări în tabelulurmător:

IMPULSURI

DE CEAS

D C B A

0 0 0 0 01 1 0 0 02 0 1 0 03 0 0 1 04 1 0 0 1

Cuvântul este introdus în serie, bit cu bit, la fiecare impuls de ceas (care trebuie să fiesincronizat cu viteza de sosire a datelor).Când registrul a fost complet încărcat, se dă comanda de citire şi prin cele 4 porţi datelesunt livrate în paralel, la ieşirile A,B,C,D.

26



Registru cu înscriere paralel si citire serie

R

olul

registrului cu înscriere paralel si citire serie este de a transforma transmisia paralelă adatelor în transmisie serială ce poate fi conectată direct la un computer sau la o linie decomunicatii.Funcţionare:

Datele sunt înscrise simultan în registru prin portile de intrare şi sunt extrase apoi bitcu bit la ieşirea serie, la comanda impulsurilor de ceas.

Funcţionarea acestui registru pentru un cuvânt de 4 biţi 1001 se poate urmări întabelul următor:

1010011001

Registru cu înscriere paralel si citire paralel Rolul registrului cu înscriere paralel si citire paralel este de a prelua o informatie binara,

de a o memora si de a o reda atunci când este necesar.

IMPULSURIDE CEAS

Q0 Q1 Q2 Q3

0 0 0 0 01 1 0 0 12 0 1 0 03 0 0 1 04 0 0 0 15 0 0 0 0

27



Funcţionare: Înscrierea simultană a datelor prezente la intrări se face aplicând 1 pe Comanda de înscrie.Informaţia este reţinută în celulele de memorie (CBB tip D). Citirea informaţiei memoratede registru se realizează aplicând 1 pe Comanda de citire. Datele de la ieşirile Q alebistabililor se vor regăsi la iesirile Q1, Q2, Q3, Q4 ale registrului. Datele memorate deregistru nu se pierd la citirea informaţiei din registru ci doar la aplicarea semnalului deştergere.

Date de catalogMMC 4015 – circuit integrat CMOS cu două registre de 4 biţi serie -

paralel a cărui capsulă este redată în figura alăturată.MMC 4035 – circuit integrat CMOS cu două registre de 4 biţi paralel –serieMMC 40194 – circuit integrat CMOS cu registru de deplasareuniversal de 4 biţiSN74LS95B - circuit integrat TTL cu registru de deplasaredreapta/stânga de 4 biţi

Hiperlink-uri:http://www.eelab.usyd.edu.au/digital_tutorial/part2/register01.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Shift _ register http://maxwell.me.gu.edu.au/yg/teaching/dns/dns_module3_p3.pdf www.allaboutcircuits.com

28

http://www.eelab.usyd.edu.au/digital_tutorial/part2/register01.html






Activitatea de învăţare 3.1 Registre de deplasare



- să identifici registrele de deplasare studiate- să explici funcţionarea registrelor ilustrate- să compari registrele din punct de vedere al funcţionării


Tipul activităţii: ProblematizareDetermină o analogie între un registru de deplasare şi o badă rulantă. Examineazăilustraţiile următoare în care este reprezentată o bandă rulantă la 4 momente diferite detimp. Identifică registrul reprezentat de fiecare.

1. Registru paralel – serie2. Registru paralel – paralel3. Registru serie – serie4. Registru serie - paralel

29



Rezolvare: a. - 4; b. – 1; c. – 3.

Activitatea de învăţare 3.2 Registre de deplasare

Competenţe: 25.2 Verifică funcţionarea circuitelor logice integrate25.3 Realizează practic şi/sau prin simulare montaje cu circuite logiceutilizate în automatizări

Obiective vizate: În urma desfăşurării activităţii de învăţare vei fi capabil:- să identifici un registru în catalogul de circuite integrate digitale- să explici funcţionarea acestuia.


Tipul activitătii: Studiu de caz

Utilizează cataloagele de circuite integrate digitale pentru a găsi un registru de deplasare(shift register). Vei identifica un astfel de circuit şi principalele sale caracteristici, vei listaconfiguraţia pinilor şi semnificaţia lor şi vei întocmi tabelul de funcţionare al circuitului.Urmează modelul prezentat în continuare.

CD4015BC - registru de deplasare de 4 biti, serie – paralel, dual

30



• familia CMOS standard• produs de firma Fairchild Semiconductor • intrări independente de date, ceas şi reset pentru fiecare din cei două registre• transferul datelor la ieşire are loc pe tranzitia pozitivă a semnalului de ceas• asigură conversia serie-paralel a datelor

Tabelul de funcţionare te ajută să înţelegi şi să explici funcţionarea registrului.Vei putea studia conform modelului dat orice registru de deplasare din catalog şi apoi îl veiputea utiliza în circuite mai complexe.

Autoevaluare

1. Funcţa principală a unui registru este de a:a) număra

b) decodificac) multiplicad) memora

2. Pentru a stoca un cuvânt de 8 biţi un registru este compus din:a) 2 CBBb) 4 CBBc) 8 CBBd) 1 CBB

3. Într-un registru semnalul de ceas se aplcă:

a) primului bistabilb) tuturor bistabililor c) ultimului bistabild) nu se aplică

4. Pentru introducerea unor date simultan şi extragerea lor pe rând se utilizează:a) un registru serie-serieb) un registru serie-paralelc) un registru paralel-serie

31



d) un registru paralel-paralel

Rezolvare:1. d)2. c)

3. b)4. c)

GLOSAR.

Circuite basculante

bistabile (CBB)

- circuite logice secvenţiale care au două stări stabile, trecerea dintr-o stare

cealaltă (bascularea), făcându-se numai la aplicarea unei comenzi din exterCircuite logicesecvenţiale

- circuite integrate digitale ale căror valori de ieşire la un moment dat suntdeterminate atât de valorile de intrare din acel moment căt şi de stareaanterioară a circuitului.

front pozitiv - tranzitia din 0 logic in 1 logic

front negativ - tranziţia din 1 logic in 0 logic

tabel de adevăr -tabel care descrie dependenţa ieşirilor viitoare de valorile intrărilor şi de valactuale ale ieşirilor

numărătoarecircuite logice -- circuite logice secvenţiale care au funcţia de a număra impulsurile aplicateintrarea de tact.

numărătoareasincrone

– formate din bistabili care sunt comandate in cascadă, avândceasuri(impulsuri de tact) diferite.

numărătoaresincrone

-formate din bistabili care comută simultan sub acţiunea unui imde tact comun, aplicat tuturor bistabililor

capacitatea - numărul maxim de stări stabile ale numărătoruluui

32



numărătorului

registre de deplasare - circuite logice secvenţiale utilizate pentru stocarea (memorarea) informaţiebinare

registru serie-serie - datele se introduc în primul bistabil, iar citirea se face la ieşirea ultimuluibistabil

registru serie-paralel - datele se introduc în primul bistabil, iar citirea se face la ieşirile tuturor bistabililor în acelaşi timp

registru paralel-serie - datele se introduc simultan în toţi bistabilii, iar citirea se face la ieşirea ultimbistabil

registru paralel-paralel

- datele se introduc simultan în toţi bistabilii, iar citirea se face la ieşirile tuturbistabililor în acelaşi timp

BIBLIOGRAFIE

1. Trifu, Adriana (2001) . Electronică digitală. Bucureşti: Editura EconomicăPreuniversitaria

2. ELFA Catalogue 53 (2005). Oradea: AGESYS

3. Ghid de elaborare a materialelor de învăţare (2009). CNDIPT

4. www.bel.utcluj.ro/ci/rom/ed.html

5. www.techologystudent.com

6. www.wikipedia.org

33










7. http://www.eelab.usyd.edu.au/digital_tutorial/part2/register01.html

8. http://en.wikipedia.org/wiki/Shift _ register

9. http://maxwell.me.gu.edu.au/yg/teaching/dns/dns_module3_p3.pdf

10. www.allaboutcircuits.com

34



http://en.wikipedia.org/wiki/Shift_register




http://maxwell.me.gu.edu.au/yg/teaching/dns/dns_module3_p3.pdf




http://maxwell.me.gu.edu.au/yg/teaching/dns/dns_module3_p3.pdf


04_circuite logice integrate in automatizari ii

Documents