UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURETI

FACULTATEA DE TRANSPORTURI

Specializarea TELECOMENZI I ELECTRONIC N TRANSPORTURI

Proiect ME/STAD

INTRUMENT NUMERIC DE MASURAREFRECVEN METRU NUMERIC

Indrumtor: SL.dr.Fiz.Ing.Mihaela Nemoi

Prof. Tomescu Ovidiu

Student:

Cnju Aura Ramona - gr. 8314

Bucure ti

2011/2012

CUPRINS1. Introducere

1.1 Instrumente de msur numerice clasice

1.2 Avantaje

1.3 Dezavantaje

1.4 Circuite logice fundamentale utilizate

1.5 Principalii parametri ai circuitelor logice

2. Tema proiectului

3. Schema bloc a instrumentului de masur

3.1 Principiul de functionare

3.2 Masurarea frecvenelor

3.3 Limite de msur

4. Schemele electrice par iale i descrierea acestora

4.1 Decodorul, circuitele de intrare i poarta I

4.2 Numrtorul i bistabilul de semnalizare a depa irii gamei de masur

4.3 Oscilatorul i numrtorul binar

4.4 Circuitul de memorare

4.5 Circuitul de afi are

5. Memoriu tehnic

5.1 Circuite trigger Schmitt

5.1 Circuite trigger Schmitt

5.1.1 Triggerul Schmitt ca formator de semnal logic TTL/CMOS

5.1.2 Schema de trigger Schmitt compatibil TTL/CMOS cu amplificator operaional

5.1.3 Schema de trigger Schmitt cu inversoare CMOS

5.2 Numrtorul binar zecimal

5.3 Registru de memorare

5.4 Decodoare

5.5 Dispozitive de afiare numeric

5.5.1Afisaje cu tuburi nixie si tuburi fluorescente

5.5.2 Afisaje cu diode electroluminiscente

5.6 Operatorul I (AND)

5.7 Oscilatorul cu cuar

5.8 Erori

6. Calculul economic si nomenclatorul de componente

7. Schema electric completa a aparatului de masura

8. Realizarea cablajului

- - 2

9. Alimentarea circuitului

10. Bibliografie

1. Introducere

1.1 Instrumente de msur numerice clasiceDei se constat c, n prezent, aparatele de msur numerice clasice sunt n declin,

fiind nlocuite rapid de ctre cele cu microprocesor, studiul lor prezint o importan

deosebit pentru cunoaterea problematicii ridicate de instrumentaia numeric modern,

deoarece o parte nsemnat a blocurilor ce le compun i a metodelor de msur utilizate sunt

comune, indiferent de implementarea fizic: clasic (cu logic cablat) sau cu microprocesor

(cu logic programat).Pe de alt parte, o mare parte din instrumentaia de laborator i

industrial aflat n exploatare este de tip clasic, ceea ce ofer un argument n plus acestui

studiu.

Cu toat diversitatea aparatelor de msur numerice clasice existente n prezent,

acestea pot fi mprite n dou categorii: aparate de tip conometru i aparate de tip voltmetru.

Circuitele integrate ale unui aparat de masura numeric(AMN) lucreaz cu semnale

analogice, dar toate celelalte blocuri lucreaz cu semnale numerice .

Semnalele analogice pot fi msurate direct cu aparate relativ simple, ns sunt sensibile

la imperfeciunile cilor de transmisie i de prelucrare(pierd din precizie dup fiecare operaie

deoarece informaia este grefat pe amplitudine).

Semnalele numerice sunt sub form de impulsuri i au informaia grefat pe durat i

pe poziia impulsurilor n timp(SN ofer o mai mare flexibilitate n utilizare(operaiile de

calcul, numrarea, multiplexarea, transmisia se fac mult mai comod dect n analogic, iar n

cursul acestor prelucrri precizia mrimii primare se conserv).

CN(circuitele numerice) lucreaz pe principiul totul sau nimic(structuri foarte simple

n circuitele de baz).

Cu CN de baz(pori, codificatoare/decodificatoare, multiplexoare, bistabile,

numrtoare, registre, operatori logico-aritmetici, automate programabile, circuite de

conversie a datelor) se pot construi o mare varietate de instrumente de masura.

CN permit implementarea de funcii din ce n ce mai complexe pe acelai

cip(micorarea gabaritului AM i reducerea preului de cost.Viteza de lucru a unui procesor

modern este de aproximativ 1000MHz(frecven de ceas).

- - 3

1.2 Avantaje:

- IMN pot atinge viteze mult mai mari dect cele analogice deoarece au rspunsul

independent de amplitudinea semnalului ce poart mrimea de msurat(x).

- IMN sunt mai robuste(rezistente la ocuri i vibraii).

- IMN pot funciona n orice poziie.

- IMN sunt uor integrabile n sistemele de msurare-reglare conduse de calculator.

1.3Dezavantaje:

-IMN nu permit sesizarea rapid a tendinei de evoluie a mrimii de msurat(x) i nici

realizarea de scri neliniare.

1.4 Circuite logice fundamentale utilizate n IMN

-IMN au elemente i blocuri comune(FI,N,P,BC). La baza acestora stau circuite simple

numite circuite logice (circuite numerice).

-Denumirea unui sistem de numeraie se face dup baza(B) utilizat.

-Sistemul de numeraie cu B=2 se numete sistem binar i este generalizat n toate sistemele

numerice de calcul.

-Pe ntreg lanul de msur al IMN precum i pentru comunicaiile cu echipamente periferice

sau calculatoare se utilizeaz sistemul binar i numai la ieire rezultatul trebuie afiat n

sistem zecimal.

-Realizarea fizic a elementelor ce utilizeaz sistemul binar are soluii practice foarte simple.

-Algebra boolean atribuie cifrelor 0 i 1 semnificaia de fals respectiv adevrat i n 1938

Shannon o aplic la studiul circuitelor de comutaie.

1.5 Principalii parametri ai circuitelor logice sunt:

-Tensiunea de alimentare(Ucc(TTL)=5V; Udd(CMOS)=3..15V).

- - 4

-Tensiunile de intrare i ieire pentru nivelele 0 i 1 logic.

-Impedana de intrare(Zi) i de ieire(Zo).

-Timpii de propagare(timpi de ntrziere). Caracterizeaz rspunsul circuitului la aplicarea

unui semnal treapt de intrare.

-Puterea disipat=puterea medie consumat n strile 0 i 1 logic ale unei singure uniti

logice din capsula respectiv.

-Imunitatea la zgomote=capabilitatea circuitelor numerice de a nu suferi basculri false sub

aciunea tensiunilor perturbatoare prezente la intrare.

-FAN-IN=ncrcarea produs de intrrile circuitului exprimat n uniti convenionale.

-FAN-OUT=numrul de intrri pe care le poate comanda ieirea circuitului.

2. Tema proiectului

S se proiecteze un frecvenmetru numeric care s func ioneze pn la 10MHz cu o

precizie de 1Hz.

3.Schema bloc

3.1 Principiul de func ionare i msurarea frecven elor

Schema de principiu a unui frecven metru numeric con ine la baz patru module:

- - 5

-un circuit de intrare(uzual, un formator de impulsuri cu Trigger Schmitt);

-un circuit de poart(o poarta SI)

-un bloc de numrare zecimal si afi are;

-o baz de timp mpreuna cu circuitele de control asociate.

Circuitul de intrare se bazeaz, de regul pe un trigger Schmitt(TS), care are rolul de a

aduce semnalul analogic U(fx) ntr-o form copatibil cu circuitele folosite n partea numeric

a echipamentului (uzual TTL/CMOS). Formatorul TS este precedat de o serie de circuite de

condi ionare far calita i metrologice: atenuator/amplificator(ce are rolul numai de a aduce

semnalul la nivelul cerut de TS), limitator de tensiune(cu rolul de circuit de protec ie), adaptor

de impedan e i circuit de modificare a nivelului (pentru gsirea intervalului optim de

declan are); din motive de claritate aceste circuite au fost omise din schem.

Semnalul format este aplicat por ii principale P, care pe a doua intrare (Validare) prime te

un impuls de durat precis controlat (Tm), definind astfel intervalul de masur; ct timp

nivelul de pe intrarea Validare este sus , impulsurile provenite din U(f) trec prin poart ctre

blocul de numarare i afisare. De regul , poarta prevazut cu Trigger Schmitt pe intrarea

Validare, rolul triggerului fiind de a imbunt ii frontul de comand al impulsului Tm n

scopul mic orrii erorilor de basculare.

Baza de timp (BT) are rolul de a crea intervalul de msur (Tm), plecnd de la un oscilator foarte stabil, urmat de un divizor de frecven . De regul se asociaz bazei de timp

i circuitele secven atorului care genereaz semnalele de control necesare coordonrii

opera iilor dintr-un ciclu de msur.

Blocul de numarre i afi are al frecven metrului con ine patru componente principale:

numaratoul decadic(N), decodorul(D) si afisajul numeric(AN); Registrul plasat ntre

numartor i decodor are rolul de a stabiliza indica ia aparatului pentru a putea fi citit de

ctre opearator. Pe durata msurrii (Tm), prescris de catre baza de timp legatura cu blocul

de afi are este ntrerupt, n registrul M pstrndu-se valoarea msurat anterior. Astfel se

realizeaz o afi are stabil far clipiri supartoare. Dup terminarea msurrii, baza de timp

comand inchiderea portii P, transferarea numarului memorat n M ctre blocul de afi are

precum i aducerea n 0 a numrtorului, pregtind astfel aparatul pentru o nou secven a de

msurare.

Etalonul de frecven este un oscilator cu cuar , termostatat cu frcven a f0 ntre

1...10MHz, i care are o precizie cel pu in egal cu 0.0000001...0.0000000001. Cu ajutorul

- - 6

acesteia prin intermediul unui divizor de frecven a decadic(DF), se prescrie (manual) timpul

de msur (T=0.1, 1 si 10 sec). Bistabilul T plasat dup K, are rolul de a transforma perioada

semnalului cules la divizorul de frecven al bazei de timp, ntr-un impuls de durat egala cu a

perioadei respective (Tm). De cele mai multe ori, oscilatorul furnizeaz semnal de tact i

pentru celelalte module(secven iator,circuite de afi are,etc), n func ie de necesit i.

Obs: Precizia de baz a etalonului de frecvent, nscris n prospectul freven metrului este

valabil numai pentru cazurile n care msurarea se face n condi ii de referin . n aceste

cazuri, la eroarea intiala se mai adaug o eroare suplimentar n care indicele I se refer la

eroarea de mbatrinire, iar indicii T i Ua se refer la eorile cauzate de abaterile temperaturii i

respectiv a tensiunii de alimentare fa de valorile de referin ; modul de calcul al acestor

erori este precizat in prospectul aparatului.

Ecua ia de func ionare . n intervalul de timp , ct timp poarta P este deschis, trec spre numrtor N impulsuri de perioad ,adic :

= N * N= *

Ultima reprezentnd ecua ia de func ionare a frecven metrului numeric. Dac se selecteaz

=1s, rezult N= ,adic numrul afi at reprezint frecven a n Hz.

Generaliti

Frecven metrul numeric este un aparat de masur de tip cronometru care are la baz numararea unor impulsuri necunoscute ntr-un interval de timp cunoscut, caracteristica ce il deosebe te de periodmetre, fazmetre; acestea din urm bazndu-se pe numrarea unor impulsuri de frecven a ntr-un interval de timp necunoscut.

Frecven metrul numeric poate fi de tip singular i se utilizeaz ca aparat de tablou, sau poate fi inclus ntr-un aparat cu func ionalit i multiple: numrtor universal, generator de semnal, osciloscop numeric. De asemenea, frecven metrul numeric poate fi utilizat i pentru msurarea tensiunilor sau curen ilor, prin asocierea sa cu un convertor tensiune frecvent.

Un semnal se numete periodic dac se reproduce identic la intervale de timp egale.

Cel mai mic dintre aceste intervale este perioada T iar numrul de perioade ce au loc ntr-o

secund reprezint frecvena f=1/T. Unitatea de msur a frecvenei este hertzul(Hz), definit

ca frecvena unui fenomen periodic care are un ciclu/secund. Dimensional [f]=[T-1].

Exist dou metode de msurare a frecvenelor:

Metodele analogice (sunt metode ce se bazeaz pe compararea cu mrimi

cunoscute cum ar fi frecvena, impedana, etc.)

- - 7

Metode numerice (sunt metode ce se bazeaz pe numrarea ciclilor ntr-un

interval de timp dat).

Avnd n vedere precizia ridicat care se obine prin metodele numerice adic de 10-12

fa de 10-2, gama larga de valori msurabile cu acelai aparat, comoditatea citirii precum i

diferitele posibiliti de prelucrare a rezultatului msurrii oferite de tehnica digital

ncorporat, aceste metode sunt folosite astzi aproape n exclusivitate.

3.2 Metode de msur

Metodele de msur se pot clasifica astfel :

1. metodele directe , sunt cele n care se folosete proprietatea fizic a unui element de

circuit (condensator sau bobin), de-ai modifica reactana, cnd se modific

frecvena. Aceste proprieti constituie principiu fizic care st la baza funcionrii

frecvenmetrelor analogice.

2. metodele de rezonan , se bazeaz pe proprietile selective ale circuitelor LC formate

dintr-o bobin i un condensator. Aceste metode sunt i ele folosite pentru realizarea

de frecvenmetre analogice.

3. metodele numerice , sunt folosite pentru realizarea de frecvenmetre numerice.

4. metodele de comparaie , sunt cele n care valoarea frecvenei necunoscute se

determin, prin compararea acesteia cu o frecven cunoscut.

5. metodele de zero , sunt acele metode care folosesc pentru msurarea frecvenelor,

punile de curent alternativ.

Metoda direct

Aceast metod permite ca rezultatul msurtorii, s fie citit direct pe aparatul de

msur. Metoda direct, st la baza realizrii frecvenmetrelor analogice.

Frecvenmetrele cu citire direct sunt aparate indicatoare cu scara gradat n heri i

care nu necesit reglaje sau operaii suplimentare n timpul masurrii.

Principiul de funcionare al acestor frecvenmetre, se bazeaz pe modificarea

reactanei unui condensator, atunci cnd se modific frecvena tensiunii care se aplic

circuitului.

Frecvenmetre cu condensator serie, au:

- - 8

- domeniul de msur ntre 10 Hz...100 KHz

- precizia de pn la 2%

Frecvenmetre cu condensator paralel, au:

- domeniul de msur ntre 10 KHz...500 KHz

Metoda de rezonan

Metoda de rezonan permite msurarea frevcvenei, utilizndu-se proprietile

selective ale circuitelor LC, serie sau pararel. Aceste circuite au proprietatea, ca pentru o

frecven care depinde de valorile pe care le au capacitatea C i inductana L, s aib un

maxim al curentului n cazul circuitului LC serie, sau un maxim al tensiunii n cazul

circuitului LC paralel.

Aceast metod este utilizat la construirea frecvenmetrelor analogice de rezonan.

Un frecvenmetru de rezonan are un circuit oscilant LC serie sau paralel, n care inductana

este fix, iar condensatorul este variabil. Un astfel de circuit are frecvena de rezonan:

Domeniul de utilizare ale acestor frecvenmetre este cuprins ntre 100 kHz i 10 GHz.

Precizia de msurare este de ordinul 0,11 %.

Metoda numeric

Msurarea numeric a frecvenei, este o metod care const n, numrarea a N

perioade ale semnalului periodic a crui frecven dorim s-l cunoatem, ntr-un interval de

timp t cunoscut.

Cunoscnd relaia care este ntre timp i frecven f = 1/T, se determin frecvena din

relaia: f =N/T

Dac t = 1 s, frecvena este numeric egal cu numrul de perioade N.

Aceast metod permite ca rezultatul msurtorii, s fie citit direct pe aparatul de

msur. Metoda st la baza realizrii frecvenmetrelor numerice.

Frecvenmetrele numerice prezint unele avantaje fa de cele analogice:

precizie mai mare

- - 9

domeniu de msur mai mare

permit msurarea perioadei unui semnal, a duratei de timp a unui impuls

msurarea numrului de impulsuri i raportul a dou frecvene.

Metoda de comparaie

Msurarea frecvenei prin metoda de comparaie, const n compararea frecvenei de

msurat cu o frecven cunoscut. Una ditre metodele cele mai utilizate este cea n care se

folosete osciloscopul, motiv pentru care se numete metoda osciloscopic sau metoda

figurilor Lissajous. Principiul metodei este:

1. se deconecteaz baza de timp proprie a osciloscopului

2. se aplic tensiunea de frecven cunoscut f e, obinut de la un generator

etalon, la plcile de deflexie pe vertical

3. se aplic semnalul de frecven necunoscut fx, la intrarea X a osciloscopului

4. dac valorile celor dou frecvene se afl ntr-un raport exprimat printr-un

numr raional, figura format pe ecranul tubului catodic este o curb nchis

- figura Lissajous, a crei form depinde de raportul frecvenelor.

Frecvena necunoscut fx, se obine utiliznd relaia:

unde:

ny este numrul de puncte de intersecie a figurii cu o dreapt vertical

nx este numrul de puncte de intersecie a figurii cu o dreapt orizontal

n figura de mai jos se prezinta schema electric de principiu, n partea stng i o

figur Lissajous n partea dreapt.

- - 10

Cnd raportul celor dou frecvene aplicate osciloscopului: fx i fe un numr raional,

pe ecranul osciloscopului se obine o figur stabil, ca cea din figur. Practic, se caut s se

obin o figur Lissajous stabil prin modificarea frecvenei etalon fe. Dup acesta, se numr

punctele de intersecie ale figurii cu o drept orizontal i se noteaz cu nx i apoi se numr

punctele de intersecie ale figurii cu o drept vertical i se noteaz cu nz. Raportul numerelor

de puncte de intersecie ale figurii cu cele dou drepte, este egal cu raportul frecvenelor

tensiunilor aplicate pe plcile de deflexie.

Metoda se aplic atunci cnd raportul dintre nx i ny este mai mic ca 10

Frecvenmetru numeric singular se utilizeaz, de regul, ca aparat de tablou i mai rar ca

aparat de laborator, deoarece, n acest ultim caz, este mai economic includerea lui ntr-un

aparat cu funcionaliti multiple: frecvenmetru/ periodmetru, numrtor/temporizator

universal (foarte rspndit pn la apariia unor instrumente similare, dar bazate pe

microprocesor), generator de semnal, osciloscop numeric,etc.

Frecvenmetrul numeric poate fi utilizat i pentru msurarea tensiunilor sau curenilor,

prin asocierea sa cu un convertor tensiune-frecven.

Schema de principiu a unui frecvenmetru numeric conine patru module de baz:

Un circuit de intrare (uzual, un formator de impulsuri cu trigger Schmitt);

Un circuit poart (de regul, o poart I);

Un bloc de numrare zecimal i afiare;

O baz de timp mpreun cu circuitele de control asociate

3.3 Limite de msur

Limita inferioar (fxmin) este de ordinul zecilor de Hz i este impus de ctre eroare de

numrtor(N) aa cum s-a artat mai inainte.

Limita superioar (fxmax) este de ordinul zecilor de MHz i este hotrt n principal, de

viteza de lucru a triggerului formator(TS), care nu depete 30...50 MHz.Pentru creterea

limitei fxmax, se poate alege una din soluiile urmtoare:

Utilizarea unui divizor de frecven(tipic 1/10) pe intrare, situaie n care fxmax poate

atinge 100...500 MHz.

Utilizarea unui bloc de heterodinare, caz n care fxmax poate atinge ordinul zecilor de

GHz.

- - 11

Masurarea frecven ei prin metoda numeric

Pentru a msura frecven a unui semnal cu circuite digitale este necesar a se construi un semnal dreptunghiular a crui frecven s coincid cu cea a semnalului ce se msoar. Acest lucru se realizeaz cu un amplificator limitator cu amplificare mare. La ie irea

amplificatorului se ob ine: u(t) , tR,u(t) periodic , u(t+kT)=u(t) , kZ ; =

u1(t)=a*u(t) ( , )

Dac a este mare, semnalul u1(t) poate fi privit ca un semnal logic :

De obicei se utilizeaz amplificatoare diferen iale. n caz general:

Msurarea frecven ei semnalului u(t) se face prin msurarea tranzi iilor din 0 n 1 sau din 1 n 0 ale semnalului numeric u1(t), timp de o secunda.

Pentru un semnal u(t) perturbat, semnalul u1(t) va prezenta ni te tranzi ii suplimentare alternnd rezultatul numrrii. Fenomenul se poate elimina dac compara ia semnalului u(t) nu se face cu o singur tensiune U0 ci cu dou, n func ie de valoarea lui u(t) la momentul anterior.

u1(t)=

Dac u(t) i i pstreaz valoarea logic.

Pentru:

=>u1(t)=1 logic

Cnd u(t) atinge valoarea U2 u1(t)=0 logic i chiar dac u(t) scade astfel ncat U1

u1(t)= + =

Dac: u1(t)= 0

u1(t)= + =

Cum rezult c i

De regul este egal cu 0, deoarece rezisten a se leag la mas ,iar tensiunile de comparare sunt:

Cu cat reac ia este mai mare, datorit rezisten ei foarte mic, cu att diferen a celor dou tensiuni este mai mare ceea ce rezult c histerezisul este mai mare iar imunitatea la zgomot

cre te .

4. Schemele electrice part iale i descrierea acestora 4.1 Decodorul, circuitele de intrare si poarta i

Cuvntul de 3 bii CBA este decodat de U16(7442= decoder BCD-zecimal). Primele 5 ieiri ale sale se activeaz succesiv( trec in 0 logic). O prim ieire d semnalul de reset R. Urmeaz activarea ieirii ce deschide poarta I-NU. Aceast ieire este baza de timp BT. Urmeaz activarea semnalului de scriere n memorii, LD, dup care ciclul se repeat. Condensatorul C4 (100nF) multistrat, separ eventuala componenta continu a semnalului cu frecven a necunoscut. Rezisten a R 7 limiteaz curentul la tensiuni mari de intrare. Dioda D1(1N4148-dioda rapid de semnal mic) limiteaz la -0,7V tensiunea VBE pe alternanele negative ale semnalului de intrare. Se protejeaz astfel jonciunea BE a tranzitorului Q1 mpotriva polarizarii inverse. Alternanele pozitive sunt limitate la +0,7V prin jonciunea BE a tranzistorului care va fi protejat n direct. Alternan ele pozitive ale semnalului din intrare se regsesc defazate cu 180 n colectorul tranzistorului ce lucreaz n clasa C.

Poarta i-Nu Trigger Schmitt posed un histerezis, cele 2 tensiuni de prag U1 i U 2 aflandu-se n intervalul 0,8-2V. Semnalul de ie ire este dreptunghiular i are frecvena egal cu cea a semnalului de la intrarea n frecvenmetru cat timp restul intrarilor porii i-Nu sunt n 1 logic. Rezult deci la iesire semnalul de ceas CLK pentru numaratorul zecimal.

- - 13

Decodorul, circuitele de intrare i poarta I

4.2 Numaratorul zecimal i bistabilul de semnalizare a depairii gamei de

masur

Numrtorul zecimal este realizat cu numrtoare zecimale asincrone(7490). n acest numrtor, bistabilul A este separat de celelalte i de aceea este necesar conexiunea ie irii sale Q A cu intrarea B a bistabilului urmator. Cei trei bistabili urmatori (B,C,D) numar de la 0 la 5, posednd o reacie intern pentru evitarea numrrii pan la capacitatea maxim.

Bistabilii A,B,C,D numar pan la 10, cu ceasul pe intrarea A i ieirile Q A,QB,QC,QD (QD =MSB). Incrementarea se produce pe tranzi ia negativ a ceasului i ca atare aceste circuite se pot conecta n cascad, ieirea unuia constituind intrare de ceas pt urmatorul. Iesirea QD are o tranziie negativ cnd numartorul trece din 9 in 0. Cele 4 numrtoare zecimale numar pan la 9999.

Ieirea QD a ultimului numrator constituie ceas pentru un bistabil de tip D din circuitul 7474.

- - 14

La depairea capacitaii maxime de numarare, ieirea Q D a ultimului numrator are o tranzi ie negativ. n bistabilul de tip D se nscrie valoarea logic de la intrarea de date D(1 logic) i LED-ul rou se aprinde. Ieirea Q D poate avea mai multe tranziii, intrarea D fiind legata la 1 logic, LED-ul ramane aprins.

Pe ieirile B0-B15 este disponibil rezultatul ,cele 4 cifre zecimale fiind codificate BCD. Dup ce acestea vor fi memorate, se va activa semnalul de reset R pentru a se terge coninutul numrtoarelor i a bistabilului de memorare a depairii(se inscrie 0 peste tot).

n acel moment LED-ul rou se va stinge.

Numaratorul zecimal i bistabilul de semnalizare a depairii gamei de masur

4.3 Oscilatorul si numrtorul binar

Un cristal de cuar mpreuna cu dou inversoare CMOS(U19-A i U-19B), 2 rezistene de reacie (R5 si R6) si 2 condensatoare ceramice(C2 si C3) alcatuiesc un oscillator pe frecvena cristalului. S-a folosit un cristal de cuar de ceas ce are frecvena de oscilatie de 215=32768Hz.

- - 15

Condensatorul C2 de 2,2pF asigur un cuplaj slab al cuarului pentru ca frecvena de oscilaie s coincid cu cea proprie a cristalului(oscilaii libere). Semnalul dreptunghiular se aplic la intrarea de ceas CK a numrtorului binar asincron de 14 bii 4020(U20). La ieirea Q14 a acestuia exist un semnal dreptunghiular cu o frecvena de 214 ori mai mic, adic de 2Hz. Operatorul U18-A din circuitul 4050 reproduce acest semnal identic din punct de vedere logic. El realizeaz adaptarea dintre circuitul U20 realizat n tehnologie CMOS i circuitul U3(7490) realizat n tehnologie TTL. Un circuit CMOS poate fi alimentat ntre 3 i 15V iar un circuit TTL numai la 5V +-5%. O ieire de circuit CMOS alimentat n 5V nu este capabil s absoarb 1,6mA dai de intrarea unui TTL inuta n 0 logic. De aceea, au fost construite circuite integrate n tehnologie CMOS special pentru interfaare cu tehnologia TTL. Unul dintre acestea este i circuitul 4050 ce conine operatoare buffer. Ele nu modific valoarea logic a semnalului, nsa alimentate n 5V, sunt capabile sa comande o intrare TTL, primind un semnal de la circuitele CMOS alimentate ntre 5 i 15V. n aceast schem, toate circuitele sunt alimentate cu 5V.

Semnalul dreptunghiular cu frecvena de 2Hz este divizat cu 2 prin divizorul din circuitul integrat 7490(intrare A, ieire QA ). Acest circuit conine i un numrtor pn la 5(intrare B, ieire QD,QC,QB,QD fiind MSB). La intrarea B este aplicat ieirea QA ce furnizeaz un semnal cu frecvena 1 HZ. Acesta este semnalul de tact. La ieirile QD,QC,QD, ale numrtorului se ob ine un cuvant de 3 bi i CBA care ia succesiv timp de o secund valorile 000,001,010,011,100,000,001.

Oscilatorul si numrtorul binar

- - 16

4.4 Circuitul de memorare

Pt memorare se pot folosi orice circuite integrare care posed regi tri de memorie cu posibilitatea de nscriere i citire a datelor n mod paralel. Astfel convin oricare din circuitele TTL:

- 7475 pentru bistabile de tip D- 7495 registru de deplasare serie/paralel i paralel/paralel- 74193;74192: numrtor sincron reversibil presetabil binar/zecimal

n schem s-au folosit 3 circuite 7475 care conin cate 4 bistabile de tip D, asigurndu-se astfel memorarea a 12 bii. Al patrulea circuit este 74193 folosit ca registru paralel/paralel de 4 bii.ncarcarea se face pe perioada ct LD este n 0 logic. Cnd LD este dezactivat(1 logic) n celulele de memorie se gasesc valorile de pe intrarile B0 ..B15 din ultimul moment n care LD mai era activ. Un LED semnalizeaz valoarea logic a acestui semnal, se aprinde ct timp acesta este activ(0 logic).

Q 1 4

Q 6

Q 1 5

B 5

Q 5

B 1 5

B 3

U 1 7 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 1 5

7 4 9 5 A

61982345

1 31 21 11 0

M O D ES E RC L K 1C L K 2ABCD

Q AQ BQ CQ D

U 2 3 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

B 1 4

U 1 3 A

7 4 0 4

12

B 8

U 1 2 A

7 4 0 4

1 2

B 8

B 2

U 2 4 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

+ 5

B 6B 8

U 1 4 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

+ 5

U 1 8 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

B 9

B 1 3

U 2 2 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 1 9 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 2 1 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

B 8

B 1 2

Q 8

B 1B 0

B 1 1

B 4

Q 9

Q 4

B 1 0

D 4

L E D

Q 1 0

R 1

3 3 0

U 2 6 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

B 7

Q 1 1

L D

Q 1 2

U 2 7 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Q 7

U 2 0 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Q 1 3

U 2 5 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Circuit de memorare

- - 17

4.5 Circuite de afiaj

Cifrele codificate BCD sunt transcodate n cod specific de 7 segmente de circuitele specializate 7447. Ieirile circuitului 7447 sunt cu colector n gol. Cnd apare 0 logic ntr-o astfel de ieire(tranzistorul intern este saturat) LED-ul al carui catod este legat la aceasta ieire se aprinde. Prin trecerea judicioasa a ieirilor n 0(tabelul de mai jos) LED-urile aprinse construiesc cifrele de la 0 la 9. In acest mod se afiez permanent prin 4 cifre arabe ceea ce se afl n circuitele de memorare. Toi anozii diodelor dintr-un afior sunt legai mpreuna la terminalul anod comun. Acesta este legat la alimentare prin trei diode cu Si de 1A care limiteaz curentul prin LED-uri la o valoare sub 20mA.

Cifra B0 B1 B2 B3 a b c d e f g

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1

2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0

3 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0

4 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0

5 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0

6 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0

7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1

8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

Dac exista zerouri nesemnificative acestea se blancheaza(nu se afieaza). Acest lucru se face prin conectarea n lan a ieirii RBO de la circuitul driver 7447 al unei cifre la intrarea RB1 a circuitului driver al cifrei mai pu in semnificative vecine. Intrarea RB1 a circuitului cifrei celei mai semnificative se leag la mas, iar cea a circuitului cifrei celei mai pu in semnificative se leaga la 15V. Daca RB1=0 i A=B=C=D=0 atunci i numai atunci afiorul se blancheaza. Orice valoare ar avea RB1 la un circuit driver, dac exist cel putin un 1 logic pe intrarile A,B,C sau D, atunci acel circuit pune RBO pe 1 logic.

- - 18

Circuite de afiaj

5. Memoriu tehnic5.1 Circuite trigger Schmitt

Trigger Schmitt este un bistabil particular care basculeaz numai cnd semnalul de intrare dep e te anumite praguri, particularitate ce permite evitarea basculrii false datorate zgomotelor. Se utilizeaz la convertirea semnalelor periodice n semnale dreptunghiulare sau n impulsuri logice. De asemenea, se utilizeaz i la refacerea semnalelor dreptunghiulare lente sau distorsionate.

Caracteristica principal a unui Trigger Schmitt este prezent fenomenului de histerezis

--bascularile au loc la valori diferite ale tensiunii de la intrare ( i ) n func ie de sensul n care aceast tensiune variaz.

- - 19

Triggerul Schmitt este ntlnit la intrarea frecvenmetrelor numerice precum i la

intrarea multor blocuri ce lucreaz cu semnale logice; se utilizeaz att ca circuit independent,

ct i ca circuit de intrare pentru o serie de pori logice, sau la intrarea de tact a unor

numrtoare integrate, etc.

Un Trigger Schmitt cu tranzistoare, cu rol de formator de impulsuri dreptunghiulare a

fost deja ntlnit la o schem de baz de timp pentru osciloscoape. n cele ce urmeaz vom

prezenta dou tipuri de trigger Schmitt: formator de tensiune dreptunghiular alternativ, i

formator de impulsuri (semnale) logice.

5.1.1 Triggerul Schmitt ca formator de semnal logic TTL/CMOS

n acest caz, ieirea triggerului Schmitt trebuie s produc semnale compatibile

TTL/CMOS, ceea ce impune ca ambele praguri s fie pozitive; astfel, nivelul n starea JOS

trebuie s fie 0V, iar cel n starea SUS trebuie s fie apropiat de tensiunea de alimentare. O

asemenea particularitate este oferit n mod natural de porile logice, ns problema poate fi

rezolvat i cu amplificatoare operaionale.

5.1.2 Schema de trigger Schmitt compatibil TTL/CMOS cu amplificator operaional

Pentru a face ca tensiunea de ieire(Uo) n starea JOS s fie zero(UoL=0V), este

necesar ca amplificatorul s fie alimentat simetric (Ucc i 0); n plus, acesta trebuie s fie cu

ieire pe TEC-MOS, pentru ca starea JOS a ieirii s fie la 0V( etajele de ieire cu tranzistoare

bipolare permit obinerea unui nivel de 12V n starea JOS). n sfrit, pentru a face ca

ambele praguri s fie pozitive, este necesar ca pe intrarea neinversoare s fie aplicat o

tensiune de referin(Ur). O schem de trigger Schmitt cu alimentare asimetric folosind

montajul inversor este prezentat n figura 1, unde Ur este tensiunea de referin menionat.

-

+AOR1 1k

R2 1k

Ui

Ur

UdUo

- - 20

Fig. 1 Trigger Schmitt compatibil TTL/CMOS cu AO n montaj inversor

Din schem rezult relaiile:

Up1=Ur+(UoH-Ur)*K

Up2=Ur+(UoL-Ur)*K=Ur*(1-K); UoL=0

Uh=Up1-Up2=(UoH-UoL)*K=K*UoH

K=R1/(R1+R2)

Ur=Up2/(1-K)

5.1.3 Schema de trigger Schmitt cu inversoare CMOS

Triggerul Schmitt realizat cu inversoare CMOS este una din cele mai simple soluii

realizabile cu pori logice. Schema de principiu a unui astfel de trigger Schmitt este ilustrat

n fig. 2, unde R1 i R2 formeaz reeaua de reacie pozitiv, existent i la triggerele

prezentate anterior. n absena tensiunii de intrare (Ui), ieirea inversorului I1 se afl n 1

logic, i ca urmare, ieirea lui I2 (deci i a triggerului) se afl n 0 logic(Uo=0v). Dup

aplicarea lui (Ui) tensiunea de intrare a inversorului I1(Ui) evolueaz dup ecuaia:

Ui=Ui-(Ui-UoL)*K; K=R1/(R1+R2)

care arat c la creterea lui Ui crete i Ui; la atingerea pragului de basculare(Ud) a

inversorului I1, ieirea triggerului urc n 1 logic(Uo=UoH). Valoarea tensiunii Ui la care are

loc bascularea circuitului, constituie pragul superior, calculabil cu relaia:

Up1=UDD/2*(1-K)

Unde s-a inut cont c UoL=0V, Ud=UDD/2. Orice evoluie a intrrii Ui, care face ca

Ui s se menin deasupra tensiunii Ud, determin ieirea s rmn tot n 1

logic(Uo=UoH=UDD), timp n care Ui satisface relaia:

Ui=Ui-(Ui-UoH)*K

- - 21

n momentul n care tensiunea Ui redevine egal cu Ud, triggerul basculeaz din nou,

revenind n starea iniial(Uo=0V). Valoarea lui Ui la care se produce aceast rebasculare

constituie pragul inferior, ce se calculeaz cu relaia:

Up2=UDD*(1-2*K)/2*(1-K)

innd cont c:

UoH=UDD i Ud=UDD/2

n sfrit, din scderea celor dou praguri, rezult tensiunea de histerezis:

Uh=K*UDD/(1-K)

R1 1k

R2 1k

11 2I1 SN7404

11 2I2 SN7404

Ui

Ui'

Uo

Fig. 2 Trigger Schmitt cu inversoare CMOS

Simboluri pentru triggerul Schmitt.

Dup cum s-a amintit, triggerele Schmitt se construiesc att ca dispozitive independente ct

mai ales ca etaje de intrare n diverse circuite logice.

- - 22

5.2 Numrtorul binar zecimal

Numrtorul este un circuit logic secvential care realizeaz func ia aritmetric cea mai

simpla: de incrementare sau decrementare. El este alctuit din bistabili i poate numra

impulsurile aplicate la intrare; el constituie o component de baz a oricarui tip de aparat de

masur numeric, i intra n alcatuirea blocurilor func ionale ale multor echipamente numerice.

Din motive legate de operatorul uman, numartoarele utilizate n aparatele de masur

numerice trebuie s afi eze numere zecimale, intern codificate binary-zecimal(BCD), adic

trebuie s fie decadice. Un asemenea numarator este format din mai multe numratoare de 4

biti, conectate n serie, pe care le vom numi decade de numarare.

a)Decada de numrare

O decad de numrare este similar cu numrtorul binar de 4 bii, cu deosebirea c

ciclul de numrare se oprete la 10 i nu la 16, adic este un numrtor modulo 10. Schema

unei decade de numrare este prezentata in fig. 3. Limitarea la 10 a numrrii se face cu

ajutorul unei reacii convenabile (prin P) n felul urmtor:

dup primele 9 impulsuri aplicate la intrare, ie irile Q1, Q2 si Q0 ajung n starea 1001

(cifra 9 in cod binar);

la apariia celui de-al zecelea impuls, starea devine 1010 (cifra 10 n cod binar);

poarta P, avnd 1 logic pe intrri, produce la ieirea Z negat un 0 logic, ceea ce

provoac tergerea celor 4 bistabili, pregtind decada pentru un nou ciclu de numrare de la 0

la 9 (practic starea 1010 dureaz extrem de puin , dar suficient pentru tergere);

simultan cu aducerea la zero a celor 4 bistabili (la sfritul numrrii celor 10

impulsuri), tranziia de la 1 la 0 de la ieirea porii P constituie i semnalul de intrare pentru

decada urmtoare (transport ctre rangurile urmtoare).

Observii:

- modul de implementare al numrtorului este doar principal; el are cteva neajunsuri care

fac schema inutilizabil;

- datorit comutrii asincrone a bistabilelor, e posibil ca ieirea porii P s produc un impuls

negativ foarte scurt (Z negat=0), care s reseteze cel puin un bistabil;

- durata impulsului Z negat, de readucere a numrtorului n starea 0, este mic i

necontrolabil (ea provine din jocul ntrzierilor), fiind posibil ca toate bistabilele s poat fi

resetate.

- - 23

- descrierea schemei poate sugera o regul simpl de alctuire a numrtoarelor modulo p

(prin metoda aducerii la zero) ;

- din relatia p

Concluzii:

Numrtoarele binare asincrone sunt simple, dar au doua neajunsuri:

nu pot funciona la frecven ridicat ;

prezint pericolul apariiei unor impulsuri parazite la decodare, care pot provoca

basculri false(n cazul decadei din fig. 3 (b) , aceste impulsuri parazite pot cauza o aducere

fals la zero a numrtorului, perturbnd secvena de numrare normal). Impulsurile parazite

apar datorit faptului ca bistabilele numrtorului comut pe rnd (de la rangul cel mai puin

semnificativ spre cel mai semnificativ) i, ca urmare, pe durata tranziiei strilor, evoluia

bistabilelor este incert.De aceea numrtoarele asincrone nu se mai utilizeaz la numrare, ci

la divizarea frecvenei.

Observaie:

Pentru evitarea aprinderilor false ale segmentelor de afiare, cauzate de tranziiile

parazite, se utilizeaz decodoare prevzute cu circuit de validare.Acesta ngusteaz timpul de

deschidere al porii ce comand segmentul respectiv, i totodat deplaseaz (intrzie) acest

interval de timp n afara zonei traziiilor parazite.

Fig. 3 Numrtorul binar-zecimal(decad de numrare) (b)

5.3 Registru de memorare

Deoarece un bistabil constituie o memorie de 1 bit, rezult c n bistabile pot memora

un cuvnt de n bii. O astfel de structur se numete registru (prin analogie cu caietul de scris

de tip contabil).Cu alte cuvinte, un registru permite stocarea i regsirea unei informaii binare

- - 25

reprezentat pe n bii. Exist mai multe criterii de clasificare a registrelor (destinaie,

structur, etc). Astfel:

dup scopul utilizrii (destinaie) se disting: registru de memorare i registru de

deplasare (decalare).

dup structura intern, exist registre paralele, registre serial/paralele (deserializare),

registre paralel/seriale (serializare) i registre universale.

Registrele de memorare (RM) se utilizeaz, de regul, ca interfa intre dou

subansambluri(fig. 5).Un astfel de registru permite stocarea temporar a informaiei elaborate

n subansmablul A, pentru a fi ulterior folosit n subansamblul B, primul devenind apoi liber

s-i reia activitatea.Evident, pentru ca ansamblul A-RM-B s funcioneze corect, e necesar ca

aceste trei blocuri s lucreze sincron, condiie asigurat de ctre un bloc de comand, care

furnizeaz semnale de coordonare adecvate (ntre care semnalul de ncrcare a registrului

Load).Datorit faptului c RM este plasat ntre dou blocuri, se mai utilizeaz i denumirea

de registru tampon(buffer).

Registrul de memorare se poate realiza att cu bistabile D-latch, sau comandate pe

front, ct i cu bistabile JK-Master-Slave.n cazul utilizrii bistabilelor D-latch, registrul se

mai numete i transparent, deoarece pe palierul activ al semnalului de ncrcare, datele de la

intrare trec imediat la ieire; ca urmare, comanda registrului se va face printr-un impuls ct

mai scurt.n cazul utilizrii bistabilelor comandate pe front, registrul izoleaz practic

subansamblurile ntre care este conectat, oferindu-le o relativ autonomie.Structura unui

registru de memorare este paralel: att intrrile de tact, ct i cele de forare asincron, se

conecteaz n paralel, pe o lungime a cuvntului de n bii ( de regul, 4 sau 8).n acest caz ,

registrul se mai numete i registru paralel.

Prezena registrului de memorare permite ameliorarea performanelor sistemului A-B;

de exemplu, la un aparat de msur numeric, intercalarea unui registru de memorare ntre

numrtor, i blocul de afiare aduce urmtoarele mbuntiri:

stabilizarea cifrelor afiate: numrul Nx, care reprezint rezultatul msurrii este afiat

o singur dat ntr-un ciclu de msurare, i deci, afiajul nu va plpi n ritmul numrtoarelor

(fr RM ultimele cifre plpie, dnd senzaia de instabilitate care deranjeaz, iar secvenierea

ciclurilor de afiare este vizibil i deci obositoare);

creterea vitezei de lucru: n timp ce blocul final afieaz informaia Nx coninut n

registru, blocul de prelucrare (numrtorul) poate efectua o nou secven de msurare;

- - 26

principiul este cunoscut sub numele de suprapunere a operaiilor i este mult folosit n

echipamentele numerice pentru scurtarea timpilor de ateptare.

Fig. 5 Utilizarea registrelor de memorare

a) Registre cu comanda pe palier(prin impulsuri)

Un registru cu comand memorrii pe palier este alctuit cu bistabile D-latch, motiv

pentru care se mai numete i tampon latch.Schema de principiu i tabelul de adevr al unui

asemenea registru sunt prezentate n fig. 6 a, c. Tabelul de adevr indic dou moduri de

funcionare:

Memorare, cnd intrarea de comand STB este n 0 logic.n acest caz registrul

conserv starea sa anterioar i este insensibil la datele prezente pe intrrile D.

Transferare, cnd STB=1.n acest caz ieirile registrului Qi capat valorile datelor

prezente la intrrile D.Dac n timp ct STB=1, datele de la intrrile (D i) se modific, datele

de ieire (Qi) se vor modifica i ele n acelai mod (adic ieirea copiaz intrarea, cunoscut

proprietate a bistabilelor D-latch).n aceast situaie se spune c registrul este transparent.

Proiectanii de sisteme logice utilizeaz frecvent aceast proprietate pentru a exploata rapid o

informaie(n timp ce STB=1), care apoi va fi memorat cnd STB revine la 0.

- - 27

O E n o n

12

3

Q 2

D 0

Q 1

12

3

12

3

12

3QD

C L K

12

3QD

C L K

Q 0

S T B

12

3QD

C L K

D 2

Q 3D 3 12

3

12

3QD

C L K

D 1

a.

b.

U 4

7 4 A C 2 7 3

1

1 1

3478

1 31 41 71 8

25691 21 51 61 9

MRC P

D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7

Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7

c.

Qm stare memorat

Z impedan ridicat

Registru paralel de tip transparent latch cu trei ieiri-3 state (a, b,c)

b) Registre cu comanda pe front

Schema de principiu corespunztoare unui registru de memorare cu comand pe

frontul pozitiv al impulsului de ceas sunt n fig. 7. Informaia de la intrrile D0-7 este ncrcat

numai n timpul tranziiei pozitive a impulsului de ceas, i rmne neschimbat (memorat)

att pe nivelul JOS, ct i pe nivelul SUS, al impulsului de ceas; deci acest registru nu

prezint transparena. Evident, bistabilele componente trebuie s fie declanate pe front;

- -

OE non STB Di Qi1 X X Z0 1 0 0

0 1 1 1

0 0 X Qm

28

acestea sunt mai ales bistabile D, sau JK Master-Slave, registrele realizate cu bistabile D fiind

cele mai rspndite.

Observaie : Pentru a fi ct mai uor integrate n diverse scheme (mai ales n cele cu

microprocesor), multe registre sunt prevzute i cu tampoane cu trei stri, aa cum s-a putut

vedea n schemele analizate.

O E n o n

12

3Q 2

D 0

Q 1

123

12

3

12

3QD

C L K

12

3QD

C L K

Q 0

C L K

12

3QD

C L K

D 2

Q 3D 3 12

3

12

3QD

C L K

D 1

a.

U 4

7 4 A C 2 7 3

1

1 1

3478

1 31 41 71 8

25691 21 51 61 9

MRC P

D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7

Q 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7

b.

c.

Qm stare memorat

Z impedan ridicat

Registru paralel cu comand pe frontul pozitiv cu ieiri 3-State

5.4 Decodoare

Decodoarele sunt CLC(circuite logice combinaionale ) care permit transformarea unei

anumite combinaii de cod ntr-un semnal de comand corespunztor, ce poate fi utilizat n

operaii de selecie, sau conversia numerelor dintr-un sistem de numeraie n altul.n principiu,

un decodificator prezint n intrri i m ieiri, i se caracterizeaz prin proprietatea de a obine

- -

OE non CLK Di Qi 1 X X Z 0 0 0

0 1 1

0 0 X Qm

29

un semnal activ numai la o singur ieire, pentru fiecare combinaie a variabilelor de

intrare.Corespunztor tipului de cod aplicat la intrare, se realizeaz decodificatoare binare,

pentru care m=2n, sau decodificatoare BCD, pentru care n este, de regul, 4, iar m este 10.Un

caz special, il reprezint decodoarele special concepute pentru afiaj (de exemplu, cele cu

LED-uri, sau cristale lichide, cu 7 segmente); aceste decodoare primesc la intrare un cod

binar, sau BCD, i produc semnalele de comand pentru segmentele afiajului.

a)Decodorul binar

Decodorul binar este destinat operaiilor de generare a semnalelor de selecie, sau de

implementare a funciilor logice mai complicate.Acest tip de decoder are n intrri de cod, un

numr de intrri de validare i 2n ieiri; intrrile de validare permit activarea/dezactivarea

funcionrii decodorului prin trecerea ieirilor n starea inactiv.

Un exemplu de decoder binar este SN74138 (decoder binar 1 din 8, n tehnologie

TTL);n seria CMOS standard nu exist decodor binar (ci numai BCD).

b)Decodorul BCD-zecimal

Acest decodor are 4 intrri i 10 ieiri, corespunztoare numerelor zecimale 09;

codurile 10.15 sunt invalide, i nu produc activarea nici unui semnal de ieire.Decodorul

BCD-zecimal este folosit mult la comanda afiajelor cu tuburi indicatoare (unde fiecare cifr

are comand separat), sau la comanda unor afiaje de tip bargraf.n multe situaii,

decodoarele menionate pot fi utilizate i ca decodoare 1 din 8, folosind doar 8 ieiri,

corespunztoare codurilor 07.

Exemple de decodoare BCD-zecimal: SN7432,SN74141

c)Decodorul BCD-7 segmente

Acest decodor, are ca i precedentul, 4 intrri, dar ieirile sunt destinate comenzii

directe a afiajelor cu 7 segmente (fie cu becuri, fie cu LED-uri, fie cu cristale

lichide).Combinaiile de intrare reprezint cifrele 09, dar unele decodoare sunt capabile s

interpreteze i codurile 1015, pentru care afieaz cifrele hexazecimale A, B ,,F.

Cteva exemple de decodoare BCD - 7 segmente sunt SN7446/7 (decodor cu ieire

direct de atac a afiajelor cu LED-uri, n tehnologie TTL) sau 4055/6.

- - 30

Fig. 8 Utilizarea decodorului la comanda afiajului cu 7 segmente/LED

5.5 Dispozitive de afiare numeric

5.5.1Afisaje cu tuburi nixie si tuburi fluorescente

Dup tuburile cu filament incandescent, tubul Nixie este cel mai vechi afiaj utilizat n

aparatur numeric de msurare.Este ergonomic i are schema de comand relativ simpl,

ns necesit tensiuni de lucru relative mari i de aceea nu se mai utilizeaz n prezent (dect

foarte rar).Totui el va fi prezentat pe scurt, deoarece multe din aparatele numerice de

laborator mai vechi utilizeaz acest tip de afiaj.

Tubul Nixie este alctuit dintr-un tub de sticl umplut cu gaz inert (tipic neon) la joas

presiune, n interiorul cruia se afl 10 catozi n form de cifre (0,19), dispui n planuri

paralele n faa unui anod comun; variantele moderne utilizeaz 7 catozi dispui n acelai

plan, din combinare se pot reprezenta cifrele.

Fig. 9 Principiul de afiare cu tuburi Nixie

Catozii sunt acoperii cu o pelicul de oxizi ce poate emite electroni.Aplicnd o

tensiune de 150170 de V ntre anod i unul din catozi apare o descrcare de gaz, care face

ca cifra respectiv s devin luminoas (rou-portocaliu).Consumul este n jur de 2mA, dar

poate fi diminuat prin multiplexare n timp a comenzii de selecie a anozilor.Comanda

catozilor se face cu ajutorul unor tranzistoare plasate la ieirile unui decodor binar-zecimal,

care primete informaia de la blocul de prelucrare numeric a sistemului de msur respectiv

(n mod normal, un numrtor); tranzistoarele trebuie s fie capabile s lucreze la tensiuni de

colector ridicate, puterea disipat fiind n jurul a 350mW/cifr afiat.Datorit acestui

dezavantaj, afiajul cu tuburi Nixie a fost practic nlocuit cu alte tipuri de afiaje.

Un alt tip de afiaj, destul de rspndit n trecut, utilizeaz tuburile fluorescente vidate,

caracterizate de o eficien luminoas, avnd emisia n verde, sau verde-albastru; tubul este

format dintr-un filament de wolfram acoperit cu oxizi, o gril i un grup de anozi-segmente

- - 31

(care pot sintetiza caracterul de afiat).Catodul nclzit (la circa 700 grade Celsius) emite

electroni care sunt accelerai de gril i sunt dirijai spre segmentele selectate ale anodului;

cum acestea sunt acoperite cu un material fosforescent, ca urmare a bombardrii cu electroni,

are loc emisia de radiaie luminoas.

5.5.2 Afisaje cu diode electroluminiscente

a) Particulariti

ntr-un sens mai larg, afiajul cu diode electroluminiscente presupune att circuitele de

afiare propiu-zise, ct i circuitele de comand, necesare formrii caracterelor.Acest tip de

afiaj prezint o serie de avantaje n comparaie cu cele realizate cu tuburi Nixie sau

fluorecente: are gabarit mai mic, permite obinerea unor culori diferite (rou, verde, galben,

etc) pot fi comandate de circuite lucrnd la tensiuni joase i sunt mai fiabile.

Afiajele cu LED-uri folosesc, n exclusivitate, generarea caracterelor prin sintez din

segmente sau puncte luminoase constituite din LED-uri individuale (i nu prin selecie, ca n

cazul primelor tuburi Nixie).n funcie de tipul caracterelor de afiat, aceste dispozitive pot fi:

afiaje alfanumerice (servesc la sinteza cifrelor i literelor alfabetului), sau afiaje numerice

(servesc numai la sinteza cifrelor).n aparatura numeric de msur s-a impus afiajul numeric

cu 7 segmente, datorit simplitii sale.

n momentul de fa, exist o mare diversitate de afiaje cu LED-uri, afiajul cu puncte

prezint cel mai mare numr de posibiliti, dar necesit o logic de decodificare i comand

mai sofisticat.Varianta cu segmente poate reprezenta un compromis ntre numrul de

caractere diferite afiabile i complexitatea circuitelor de comand.n aparatura numeric de

msur s-au impus afiajele cu segmente, mai simple de comandat.

Din punct de vedere electric, afiajele cu LED-uri se contruiesc cu anod comun, sau cu

catod comun; dup cum vom vedea, acest lucru determin natura interfarii lor cu partea de

comand a echipamentului numeric.

b) Dioda electroluminiscenta

Se tie c orice jonciune p-n, polarizat direct, emite o radiaie luminoas datorit

energiei de recombinare gol-electron.Lungimea de und a acestei radiaii (deci i culoarea)

depinde de materialul jonciunii, aa cum rezult din tabelul urmator.

- - 32

Materialul jonciunii Lungimea de und Culoare

Germaniu(Ge) 1,88 m Infrarou

Galiu-Aluminiu-Arseniu(Ga-Al-As) 0,68 m Rou

Galiu-Fosfor(Ga-P) 0,54 m Verde

n privina culorilor se constat ca pentru cifre mici culoarea cea mai folosit este

roul, ce se observ bine pe fondul ntunecat al afiajului numeric (cu toate c lungimea de

und a roului, 0.68um, este relativ ndeprtat de sensibilitatea maxim a ochiului, 0.55 um).

Pentru cifre mari (peste 10...15 mm), i mai ales pentru masurri de lung durat

(control n producie, aparate de tablou), o culoare mai confortabil este cea verde (cu

lungimea de und =0,525 m, fig.10 a).

n ultimul timp au aprut LED-uri cu nitrur de galiu (GaN), care au particularitatea ca

la Ud=2,4V au culoarea portocalie, iar la 4V au culoarea violet.Ca form, LED-urile pot fi

cilindrice, ptrate, drepunghiulare (pentru afiri de puncte luminoase, virgule, etc), sau barete

(segmente luminoase).

Alimentarea n curent continuu LED-ul are o caracteristic ID(UD) de forma celei din

fig.10 b (pentru dioda electroluminiscent CQX51), ceea ce impune inserierea unei rezistene

(R) de limitare a curentului la valoarea nominal (ID=1015mA, ca n fig. 10 c).De exemplu,

pentru ID=10mA, corespunde UD=2,1V, de unde considernd U=+5V, se obine

R=290.Exist i LED-uri care au rezistena R ncorporate n aceeai montur cu jonciunea

luminiscent, cum sunt, de exemplu, 5082-4468(HEWLETT-PACKARD).

- - 33

Alimentarea n curent continuu este simpl, ns prezint neajunsul unui consum

suplimentar de putere pe rezistena R: de exemplu, pentru R=300 i ID=10mA rezult un

consum de 210mW/7 LED-uri.Acest dezavantaj poate fi evitat dac alimentarea se face prin

impulsuri.

c)Comanda afioarelor cu 7 segmente

Modulele de afiare cu 7 segmente sunt formate din cte 7 LED-uri rectilinii i permit

afiarea cifrelor de la 0 la 9.Pentru semnalizarea polaritii () i a depirii (cifra 1 i dou

virgule) se utilizeaz module de tipul ilustrat n fig. 11 d) .Comanda (alimentarea) afioarelor

cu 7 segmente se poate face direct sau multipelxat.

Fig. 11 d)

Comanda direct

n acest caz segmentele (diodele) cifrelor ce trebuie afiate se alimenteaz

simultan.Comanda direct este economic numai la afiaje cu numr mic de cifre (maxim 4

sau 5 cifre); la un numr mai mare se recurge la comanda multiplexat.Un circuit de comand

direct pentru un afior de 3 cifre (1999) este ilustrat fig. 11 c), unde se prezint

conexiunile pentru modulul de polaritate i depire (1) precum i pentru modulul de afiare

a cifrelor de la 0 la 9.Exist i circuite integrate specializate care pot comanda direct afiajele

cu 7 segmente cu LED-uri.Dac decodorul dispune de o intrare de validare (blanking), se

poate recurge la reducerea consumului prin alimentarea LED-urilor n impulsuri, (cu o

tensiune dreptunghiular).

- - 34

Comanda multiplexat

Circuitele din figurile (fig. 10 i fig. 11) de mai devreme fac parte celor cu comand

direct (sau simultan).Acest tip de circuit este simplu ca schem, dar costisitor ca numr de

componente i devine neeconomic dac numrul de cifre este mare (peste 45, ca n cazul

frecvenmetrelor i calculatoarelor de buzunar).n asemenea situaii se recurge la comanda

multiplexat (serializat) a afiajelor, n care cifrele se alimenteaz succesiv.n acest scop,

segmentele cu acelai nume ale tuturor cifrelor sunt conectate mpreun la ieirile unui singur

decodificator (D1), ca i cum ar fi vorba de o singur cifr; anozii (sau catozii) comuni ai

cifrelor respective sunt comandai separat printr-un al doilea decodor (D2), secveniat de un

registru de deplasare (sau numrtor), ntreg sistemul de afiare fiind pilotat de ctre un

generator de tact cu frecvena de 1001000Hz .

S presupunem c e vorba de un afiaj cu 8 cifre pe care trebuie nscris numrul

5671,8324.La primul tact se afieaz cifra 5 (celelalte fiind stinse); la al doilea, cifra 6 i tot

aa pn la cifra a 8-a (4).Dac frecvena de tact este 400 Hz, fiecare cifr va fi aprins i

stins de 400/8=50 ori pe secund.La o asemenea frecven ochiul percepe cele 8 cifre ca i

cum ar fi aprinse simultan.Pe aceast cale (multiplexare), consumul se reduce considerabil

deoarece, indiferent de numrul de cifre afiate, consumul este egal cu cel al unui singur

modul, ceea ce nseamn cel mult 7 x 10mA x 2, 1V=150mW.ns circuitul de comand este

mai complicat dect la comanda direct, i de aceea, comanda multiplexat devine economic

numai la afiajele cu numr mare de cifre (peste 56).

- - 35

La ora actual, exist module de afiare cu LED-uri, realizate compact, mpreun cu

circuitele de comand; n cazul cel mai frecvent se includ decodoarele, logica de multiplexare

(dac e cazul) i decadele de numrare, sau interfaa cu sistemul numeric n care vor fi

folosite.

5.6 Operatorul I(AND)

Funcia realizat de o poart AND cu dou intrri este numit uneori multiplicare

logic sau produs logic i este simbolizat algebric printr-un punct de multiplicare. Deci

semnalul de ieire al unei pori AND cu intrrile X i Y are valoarea X Y, cum arat

fig.12a).

P

A

0

D 2

U c c

D 1 Y = A * B

B

0 V0 V

R 2

1 k

b)

Fig. 12 (a, b, c)

c)

- -

A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

36

Schema electric de principiu a acestuia (implementarea cu diode) este prezentat n

fig. 12 b).Se observ c ieirea (Y) urc n 1 logic, numai dac, pe ambele intrri A i B se

aplic simultan 1 logic (n acest caz, diodele D1 i D2 sunt blocate).Aplicarea unui 0 logic pe

una din intrri, deschide dioda corespunztoare, producnd 0 logic la ieire (potenialul

punctuui P cade la o valoare apropiat de 0V).n fig. 12 c) este prezentat tabelul de adevr

pentru acest tip de operator.

5.7 Oscilatorul cu cuar

Etaloanele de frecven deriv din etalonul de timp, secunda, care n SI este definit pe

baza rezonatorului atomic cu cesiu(v=9.192631770GHz) i care define te timpul atomic.

Etaloanele de frecven a ating precizii mult mai mari dect cele de curent, tensiune sau R, L, C

iar frecven ele generate pot fi utilizate loco sau trasmise la distan . Sunt cele mai precise

etaloane cunoscute pan n prezent i se utilizeaz pe scar larg n metrologia de laborator

cat i n telecomunica ii.

Semnalul de la ie ire la aceste dispozitive de referin este, de regul o tensiune

sinusoidal de 1 V, iar perioada semnalului un submultiplu ntreg al secundei pentru a putea

servi i ca etalon de timp.

Etaloanele de frecven au la baz un oscilator de nalt stabilitate(cuar sau atomic) i

pot da o singur frecven , etaloane propriu-zise, mai multe frecven e fixe-etaloane n trepte

sau o frecven reglabil ntr-o band larg-sintetizatoare de frecven .

- - 37

5.7 Descrierea dispozitivului.

Oscilatorul cu cuar este un oscilator la care stabilitatea oscila iilor este asigurat de un rezonator electromecanic cu cuar .

Rezonatorul cu cuar este realizat sub forma unei placu e din cuar (P), rotund sau patrat prevzut cu electrozi de argint (EA) pe ambele fe e. Frecven a de rezonan (fr) a placu ei este dependent de grosimea (g) precum i de unghiul de tiere al acesteia n raport cu axul optic al cristalului primar.

Fr= MHz

Schema de oscilator cu cuar pentru frecven a etalon f 0=1 MHz:

Rezisten a R 1 serve te la polarizarea automat a grilei TEC-ului, C 1 mpiedic apari ia unor oscila ii parazite, iar R 2 produce o reac ie negativ necesar mbunata irii formei de und a tensiunii de ie ire. Consumul de curent n dren este foarte redus: 30A. Stabilitatea frecven ei acestui oscilator este n jur de 10 -4 insuficient pentru un etalon de frecven ; dar poate fi crescut la 10-8 prin termostatare.

Prin termostatare, oscilatorul este introdus ntr-o cutiu a paralelipipedic sau cilindric (C) din aluminiu sau alam peste care este nf urat un fir ncalzitor (F) alimentat de la un traductor de temperatur, prin intermediul a dou amplificatoare: A1 (amplificator de eroare) i A 2 (amplificator de putere). Traductorul de temperatur este format dintr-un senzor

termorezistiv (T) (fir de platin, termistor) n contact termic cu incinta C i careia este

- - 38

conectat n punte Wheatstone, alimentat n curent continu (E); la temperatura de 700C, puntea este n echilibru.

Dac temperatura lui C scade fa de aceast valoare, puntea se dezechilibreaz, iar tensiunea de dezechilibru (semnalul de eroare) comand prin intermediul amplificatoarelor cre terea sau scderea curentului din firul F pan cnd temperatura cilindrului revine la valoarea prescris (+700C). Incinta C este plasat ntr-o alt incint C, termoizolant, formnd mpreun un fel de vas Dewar. Precizia de reglare a temperaturii este foarte bun, iar stabilitatea frecven ei cu temperatura oscilatorului respectiv (eroarea de fidelitate) devine mai buna ca 10-8 -10-9.

Sistemul de reglare a temperaturii este de tipul cu ac iune continu, spre a feri cuar ul de

ocuri termice, iar firul ncalzitor (F) este alimentat n c.c spre a evita vehicularea de tensiuni

parazite n vecinatatea rezonatorului cu cuar . Consumul termostatului : 0,5-5W, n func ie de

calitatea izola iei termice.

Oscilatorul cu cuar d un semnal dreptunghiular cu frecvena de 1Hz. Acesta constituie

tact pentru numrtorul binar. Ieirea sa este aplicat unui decodificator care ii activeaz

succesiv ieirile, pe masur ce numrtorul incrementeaz. Primul semnal ce se activeaz este

cel de reset (R ) care terge coninutul numrtorul zecimal i al bistabilului ce memoreaz

dac n decursul numrrii s-a depit capacitatea maxim a numrtorului zecimal (dac

acesta a generat transport - carry).

Semnalul ce se activeaz la urmtorul tact este baza de timp (BT).Poarta I sintetizeaz

semnalul de ceas CK pentru numrtorul zecimal. Ct timp BT=1 avem egalitatea CK=

u1(t).Numrtorul zecimal incrementeaz pe tranziiile negative ale semnalului de ceas CK.La

urmtorul tact generat de oscilator, semnalul BT devine inactiv (0 logic). Semnalul de ceas

CK rmne n 0 indiferent de variaiile lui u(t). Numrtorul zecimal conine numrul de

tranziii negative din perioada n care BT=1. Aceast perioad a durat un tact, adic o

secund. Numrul respectiv este deci frecvena semnalului u1(t), n Hz.

Urmeaz activarea semnalului LD de ncrcare n memorie a coninutului numrtorului

zecimal. Nite circuite de afiaj vizualizeaz continuu coninutul memoriilor. Numrtorul

binar, prin aceste incrementri successive ajunge la capacitatea maxim, dup care la tactul

urmtor, nscrie zero. Se activeaz din nou semnalul de reset R, procesul continund.Este

posibil ca n intervalul n care se face numrarea (BT=1) s fie numrate mai multe tranziii

ale semnalului u1(t), diferena fiind maxim 1. Tranziia suplimentar se datoreaz trecerii lui

BT n zero. Dac s-ar fi numrat tranziiile pozitive, era posibil s se numere i tranziia

semnalului BT n 1. De aceea orice frecvenmetru numeric prezint o eroare de o unitate la

cifra cea mai puin semnificativ a rezultatului.

Pentru msurarea frecvenelor mari, schema are una din urmtoarele particulariti:

- - 39

a)numrtorul zecimal are o capacitate mare(8 cifre).Din acest punct de vedere se

poate numra pn la un numr mare de tranziii. Limitarea este ns introdus de rapiditatea

numrtoarelor zecimale i a porii I. Cu numrtoare asincrone TTL tip 7490 se pot msura

frecvene pn la 10-15MHz. Utiliznd numrtoare sincrone TTL 74192 se poate ajunge la o

frecven msurat de 20-30MHz. De la a 6-a zecimal intervine instabilitatea cuarului i

zecimalele urmtoare nu mai pot fi luate n considerare.

b) numrtorul zecimal are o capacitate mic(4 cifre), nsa baza de timp este

comutabil manual sau automat n trepte decadice (1s, 100ms, 10ms, 1 ms, 100s) pentru a

msura frecvene pn la 10kHz, 100kHz, 1MHz, 100MHz.Rmn valabile consideraiile

referitoare la rapiditatea numrtoarelor specificate mai sus.

c)pe traseul frecvenei necunoscute i pe cel al bazei de timp se insereaza divizori

l:n.Pe calea frecvenei necunoscute divizorul este realizat n tehnologie ECL, frecvena

maxim de intrare fiind aproape de 1GHz.

5.8 Erori

Din fx =fx/fx =Tm/Tm+N/N, n care o= Tm/Tm=fo /f o reprezint eroarea de

baz a etalonului de frecvena (10-6..10-8), iar N =N/N este eroarea numrtorului.Eroarea

N este egal cu modificarea cu o unitate a cifrei ultimului rang, adic N= 1 i se

datoreaz faptului c semnalul de intrare si cel al bazei de timp nu sunt sincronizate ntre ele,

i ca urmare, ultimul impuls de numrat poate s ncap sau nu n intervalul Tm.

Observatie: Deoarece N=1, adic cea mai mic variaie receptibil la ieirea

frecvenmetrului (afiajul cu numere), eroarea N =1/N reprezint tocmai rezoluia

aparatului.

fx = o + N, unde o = fo /f o, N=1/N care arat c eroarea fx este cu att mai mic cu

ct numrul afiat (N) este mai mare.

Dac N este de acelai ordin cu o rezult c fx=10-6...10 -8 ceea ce arat c

frecvenmetrul numeric este cel mai precis aparat de msur.Pe de alta parte, pentru ca

N o=10-6 ..10 -8 este necesar ca N>= 106108 , i deci, pentru a putea pune n valoare

nalta precizie a etalonului de frecven trebuie ca numrul de cifre ale afiajului s fie mai

mare sau cel puin egal cu exponentul preciziei etalonului.De exemplu, dac etalonul are

precizia o =10 -8 , frecvenmetrul trebuie s aib cel puin 8 cifre afiabile.

Aceast discuie s-a referit la precizia nominal a aparatului (fx minim).ns la

micorarea frecvenei semnalului de intrare (fx), eroarea fx crete, deoarece numrul de

impulsuri contorizate (N) n intervalul Tm scade, situaie similar cu aceea ntlnit la

- - 40

aparatele de msur analogice.Micorarea n continuare a lui N pe seama creterii lui Tm nu

mai este convenabil, deoarece aparatul devine prea lent.

Eroarea de msurare a frecvenei fx este minim cnd numrul afiat (N) este maxim,

crete la micorarea frecvenei semnalului de msurat (fx) i devine exagerat de mare (0,1

1%) cnd fx coboar sub 100Hz.

Deducerea expresiei erorii s-a fcut n ipoteza c triggerul Schmitt (TS) funcioneaz

corect, adic la fiecare perioad a lui U(fx), acesta d un singur impuls la ieire.n caz contrar,

pot aprea situaii de funcionare anormal a frecvenmetrului.n practic, se ntlnesc

frecvent urmtoarele asemenea situaii:

- Semnalul U(fx) este puternic deformat.n acest caz dac fereastra triggerului formator( TS)

este prea ngust apar mai multe impulsuri ntr-o perioad (Tx), ceea ce duce la o eroare

suplimentar important: eroarea de trigger.Pentru evitarea acestei anomalii se lrgete

corespunztor fereastra triggerului.Evident, fereastra F trebuie sa fie axat pe linia de zero sau

pe componenta continu a semnalului de intrare U(fx);

- Semnalul U(fx) este nsoit de zgomot.Situaia este similara cazului precedent, cu precizarea

c impulsurile prsite determinate de alegerea necorespunztoare a ferestrei au un caracter

aleator, rezultatul afirii fiind instabil.Soluia const n alegerea ferestrei cu cel puin

10...20% mai mare dect amplitudinea maxim a zgomotului suprapus peste semnalul util i

axarea acesteia pe linia de zero, sau pe componenta continu a lui U(fx).

- Semnalul U(fx) este modulat n amplitudine.i n acest caz este necesar ca fereastra F s fie

axat pe linia de zero, sau pe componenta continu a lui U(fx) ns deschiderea acesteia

trebuie sa fie mai mic dect limea minim a nfurtoarei.

- - 41

6.Calcul economic si nomenclator de componente

Nr.

crt

Componente Valoare

Cod Nr.Componente

Pret

1. Rezistente 1k 1 0,5

10k 1 0,6

100 1 0,8

330k

4 0,8

820k 3 0,8

2. Condensatori 10nF 2 0,4

1uF 1 0,5

2,2pF 1 0,5

100nF

1 0,6

3 Circuite

Inversoare

U19-A 4069

1 2

U19-B 4069

1 2

4. Cristal cu cuart 1 1,5

5 Poarta Si-Nu SN7413 1 0,80

6 Decodor 7442 1 4

7 Diode 1N4148 1 0,7

1N4001 4 0,7

6516 1 0,7

ZP4V3 1 0,7

8 Bistabil D SN7475 12 12x3

9. Tranzistori BC107 1 0,4

10.

Tiristor T1N200 1 1

11.

Numarator binar

U20-4020

1 5

12.

Divizor SN7490 1 6

- - 42

13

Led-uri MDC1101

3 3x0,66

14.

Numarator zecimal

sincron

7490 5 5

15.

Registru de deplasare

7495 1 4,4

Total 77,5 lei

7. Schema electrica a aparatului

- - 43

C 2

1 n

Q 1 4

R 1

3 3 0

B 1 3

I N

+ 5

Q 1 3

T

U 2 4 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

B 1 5

B 9

B 2

U 2 6 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

D 1

6 5 1 6

Q 1 1

Q 1

B C 1 0 7

C

U 2 1 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

R 1

1 k

B 1 1

B 1 2

U 2 3 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

+ 5

+ 5

B 9

Q 8

C 4

1 0 0 n

U 2 2 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Y 1X T A L

U 1 0

7 4 4 7

7126

4

53

1 31 21 11 091 51 4

D 0D 1D 2D 3

B I / R B O

R B IL T

AB

CDEF

G

R 2

1 k

U 7

7 4 4 7

7126

4

53

1 31 21 11 091 51 4

D 0D 1D 2D 3

B I / R B O

R B IL T

AB

CDEF

G

5

+ 5

U 2 5 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

V +

U 1 7 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Q 4

B 1

B 4

+ 5

U 6

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ BQ CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

D 3

V p c

D 1

L E D

B 1

B 8

Q 5

U 1 2 A

7 4 0 4

1 2

U 2 A

7 4 0 4

12

D 4

L E D

B 7

+ 5

B 5

B 3

L D

B 8

U 1 5

7 4 9 5 A

61982345

1 31 21 11 0

M O D ES E RC L K 1C L K 2ABCD

Q AQ BQ CQ D

B 1 3

U 1 3 A

7 4 1 3

6

12

45

+ 5

+ 5 V

U 5

M D E 2 1 0 1

2

3

4689

1 31 61 8 C L K

C L R

Q GQ FQ EQ DQ CQ BQ A

U 1 8 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 3

4 0 2 0

1 0

1 1

975461 31 21 41 5123

1 6

C L K

R S T

Q 1Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 9

Q 1 0Q 1 1Q 1 2Q 1 3Q 1 4

V C C

D 2

L E D

A B 1 5

B 6

U 4

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ B

Q CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

U 2

M D E 2 1 0 1

2

3

4689

1 31 61 8 C L K

C L R

Q GQ FQ EQ DQ CQ BQ A

B 8

D 1

U 8

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ BQ CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

B 6

Q 2

T 1 N 2 0 0

U 2 0 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 1 3 A

7 4 0 4

12

C 3

1 0 n F

+ 5

U 1 2

7 4 4 21 2 3 4 5 6 7 9 10 11

15 14 13 12

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9

A B C D

U 6

M D E 2 1 0 1

2

3

4689

1 31 61 8 C L K

C L R

Q GQ FQ EQ DQ CQ BQ A

B 1 1B 0 B 8

U 3

M D E 2 1 0 1

2

3

4689

1 31 61 8 C L K

C L R

Q GQ FQ EQ DQ CQ BQ A

B 1 0

+ 5

U 7

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ BQ CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

R 4

3 3 0 k

U 5

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ BQ CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

B 0

B 1 4

U 3 A

7 4 0 4

1 2

R 5

8 2 0 k

U 6 A

4 0 6 9

1 2

147

B 1 2

Q 7

U 1

7 4 9 0

1 41

1 2981 12

367

C L K AC L K B

Q AQ BQ CQ DR 0 1

R 0 2R 9 1R 9 2

U 7 A4 0 6 9

12

147

B 4

B 1 0

+ 5

B 5

D 2

U 1 4 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

Q 6

C 1

1 u F

U 1 1 A

4 0 6 9

1 2

147

B

R 68 2 0 k

Q 9

R 1

3 3 0

Q 1 5

D 1

D 1 N 4 1 4 8

Q 1 2

U 8

7 4 4 7

7126

4

53

1 31 21 11 091 51 4

D 0D 1D 2D 3

B I / R B O

R B IL T

AB

CDEF

G

U 2 7 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

U 1 A

7 4 0 4

1 2

D 3

D 3 Z P 4 V 3

Q 1 0

B 1 4

U 1 9 A

7 4 7 5

23

1 3

1 6

1

1 5

1 4

D 1D 2

E N

Q 1

Q 1

Q 2

Q 2

R 7 1 k

U 1 1

7 4 4 7

7126

4

53

1 31 21 11 091 51 4

D 0D 1D 2D 3

B I / R B O

R B IL T

AB

CDEF

G

+ 5

B 8

2 A

4 0 5 0

32

B 7

8.Realizarea cablajului

- - 44

Metode de realizare a circuitelor imprimate sunt multiple. Dintre acestea, cele mai

utilizate sunt: metoda cu radiaii UV (utilizat n cazul cablajelor fotorezistive) i metoda

foliei de transfer de tip PnP.

Realizarea cablajelor imprimate de serie mic sau unicat poate fi realizat prin diferite

metode, una dintre acestea fiind i utilizarea foliei de transfer de tip PNP (PRESS and

PEEL=apas i dezlipete).

Aceast tehnologie de realizare a cablajelor se bazeaz pe o folie de tip special.

Etape de realizare ale cablajului imprimat sunt:

-se realizeaz desenul cablajului imprimat, fie manual, fie prin intermediul unor programe

specializare (ORCAD, PROTEL, CIRCUIT MAKER);

-acest desen, considerat pozitiv se copiaz cu ajutorul unui copiator pe folia de tip

PnP.Tonerul copiatorului va adera la folia PnP, realiznd pe aceasta desenul negativ (n

oglind) al desenul de cablaj;

-se pregatete plcua de cablaj imprimat, tindu-se la dimensiunea necesar lefuindu-se cu

un glasspapier foarte fin;

-se degreseaz placa de cablaj imprimat, n vederea curairii de oxizi i grsimi prin

scufundarea acesteia ntr-o soluie slab de acid:HNO3+Cu=Cu(NO3)2+H2;

-dup 30 de secunde se scoate, se spal sub un jet de ap iar apoi se usuc

-fr s se ating cu mna cablajul se suprapune peste acesta folia de transfer de tip PnP;

-cu ajutorul unui fier de clcat, reglat la temperatura de 200 pana la 225 de grade Celsius, se

nclzete suprafaa foliei avndu-se grij s existe un contact permanent ntre fierul de clcat

i folie;

-se are n vedere faptul c toat suprafaa foliei s fie uniform nclzit, aceasta realizndu-se

prin micri circulare ale fierului de clcat.De regul, timpul necesar transferrii tonerului de

pe folie pe placa de cablaj imprimat este ntre 60 i 120 de secunde.n mod normal acest timp

este dependent de mrimea suprafeei de transferat.

Operaiunea se consider ncheiat cnd prin folia transparent se observ perfect

traseul desenat:

--se las s se rceasc cablajul i folia dup care, cu mare atenie se dezlipete ncepnd de la

coluri.Se vizualizeaz desenul transferat pe cablaj, se compar cu originalul i dac este

nevoie se corecteaz cu ajutorul unui marker traseele ntrerupte;

- - 45

--se introduce placa de cablaj imprimat ntr-o soluie de clorur feric de o concetraie

adecvat.n urma reaciei chimice care are loc: 2FeCl3+3Cu=3CuCl2+2Fe traseele

neacoperite sunt corodate, obinndu-se n final copia fidel n cupru a traseului

desenat.Timpul de corodare depinde de concentraia soluiei de clorur feric, de temperatur

i de gradul de agitaie a acestuia;

--dup terminarea corodrii se scoate placa de cablaj imprimat din soluie, se spal sub jet de

ap, se usuc, se ndeprteaz cu ajutorul unui praf abraziv tonerul depus, se acoper suprafaa

de cupru cu o soluie de colofoniu dizolvat n alcool;

-dup aceast operaie placa de cablaj imprimat poate fi utilizat n vederea guririi ei i a

montrii pieselor electronice;

Aceast tehnologie este ideal pentru cablaje unicat sau de serie mic de complexitate

medie.Traseele de cablaj realizate nu pot avea dimensiuni mai mici de 0,8 mm.Traseele mai

fine se pot realiza doar prin alte metode.

9. Alimenatarea circuitului

Pentru alimentarea circuitului vom folosi o sursa stabilizata de 5 volti. Sursa este variabila in

curent . Mrirea puterii disponibile la ieire se realizeaz cu tranzistorul de putere 01' de tip

B0912, n capsul de tip T0220. Dioda D1 nu are rol n functionarea normal a montajului; ea

intervine atunci cnd, din cauza capacitii electrice mari prezente la ieire (provenit de la

condensatorul de filtraj al aparatului alimentat), tensiunea de la ieirea circuitului integrat

devine mai mare dect cea de la intrare. n acest caz dioda D1 este polarizat direct.

10. Bibliografie

- - 46

1)Masurri electronice(aparate i sisteme de msur numerice): Mihai Antoniu, tefan Poli,

Eduard Antoniu

2)http://mee.didactic.ro/2cadre4.htm

3) hhttp://www.datasheetcatalog.org/datasheet/microelectronica/mmc4510_mmc4516.pdf4) http://www.doctronics.co.uk/4511.htm5) http://www.microelectronica.ro

- - 47