Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 -...

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑΨΗΦΙΑΚΩΝ

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ΣΕΛ. 156

ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708 212/2/2012

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΕΛ. 156

n ΕΡΓΑΣΙΑ 1n ΕΡΓΑΣΙΑ 2


ΕΡΓΑΣΙΑ 1n Μια αντλία χρησιμοποιείται για το αυτόματογέμισμα μιας δεξαμενής υγρού σε μια βιομηχανία.Δυο αισθητήρες (sensors) SA και SB ελέγχουν τηστάθμη του υγρού μέσα στη δεξαμενή : οαισθητήρας SA δίνει «1» όταν η στάθμη υπερβεί τημέγιστη επιτρεπόμενη στάθμη και ο αισθητήρας SBδίνει «1» όταν η στάθμη πέσει κάτω από τηνελάχιστη επιτρεπόμενη στάθμη.

n Να σχεδιάσετε ένα ψηφιακό κύκλωμα ελέγχου τηςλειτουργίας της αντλίας χρησιμοποιώντας έναμανταλωτή.


SA

SB

MAXLEVEL

MINLEVEL

ΑΝΤΛΙΑ

ΕΞΟΔΟΣ ΥΓΡΟΥ

1

1

0

0


Πιθανές ερωτήσεις.

n Σύμφωνα με τα δεδομένα τα οποία έχω :n Με ενδιαφέρει πόσο μεγάλη είναι η δεξαμενή ;n ΌΧΙn Με ενδιαφέρει το είδος του υγρού ;n ΌΧΙ (θα με ενδιέφερε μόνο για να μπορέσω ναεπιλέξω τους κατάλληλους αισθητήρες).

n Με ενδιαφέρει το είδος της αντλίας ;n ΌΧΙ (θα με ενδιέφερε μόνο εάν ήξερα το είδος τουυγρού, και το πόσο αργά ή γρήγορα θα ήθελα ναγεμίσει η δεξαμενή).

n Με ενδιαφέρει πώς γίνεται η έξοδος του υγρού ;n ΟΧΙ

SA

SB

MAXLEVEL

MINLEVEL

ΑΝΤΛΙΑ

ΕΞΟΔΟΣ ΥΓΡΟΥ

ΚΥΚΛΩΜΑΜΑΝΔΑΛΩΤΗ

ΕΙΣΟΔΟΣ Α

ΕΙΣΟΔΟΣ Β

ΕΞΟΔΟΣ

Υ

Το κύκλωμα έχει δύο εισόδους Α και Β που συνδέονται με τους δύοαισθητήρες SA και SB και μία έξοδο Υ που δίνει «1» για την εκκίνηση τηςαντλίας όταν η στάθμη πέσει κάτω από την ελάχιστη επιτρεπόμενη στάθμηκαι «0» για το σταμάτημα της αντλίας όταν η στάθμη υπερβεί τη μέγιστηεπιτρεπόμενη.

«0» = OFF

«1» = ON


ΕΡΩΤΗΣΗ

n Σας συμφέρει να χρησιμοποιήσετεμανταλωτή με πύλες NAND ή μανταλωτήμε πύλες NOR ;


ΛΥΣΗn Σύμφωνα με ταπαραπάνω μπορώ νααντικαταστήσω τουςαισθητήρες με δύοδιακόπτες.

n Μπορώ να οδηγήσω τιςεξόδους των διακοπτώνστο κύκλωμα μου.


ΛΥΣΗn Ας υποθέσουμε ότι η δεξαμενή είναι γεμάτη με υγρόμέχρι την μέση.

n Δηλαδή ο αισθητήρας SA=«0» και ο SB=«0».n Η αντλία θα πρέπει να είναι απενεργοποιημένη

(OFF) δηλαδή η έξοδος του κυκλώματος μου θαπρέπει να είναι «0».

n Όταν η στάθμη του υγρού θα πέσει κάτω από τηνελάχιστη στάθμη τότε ο SB=«1».

n Και όταν η στάθμη του υγρού θα περάσει τηνμέγιστη τότε ο SA=«1».

n Και φυσικά δεν μπορούν να είναι και οι δύοαισθητήρες «1».


ΛΥΣΗ.Φτιάχνω τον πίνακα αληθείας.

Χ11

0 (OFF)01 (over)

1 (ON)1 (under)0

0 (OFF)00

Y Pump(Αντλία)SB Min levelSA Max level


ΛΥΣΗn Συγκρίνω τον πίνακα μου. Σύμφωνα με τουςπίνακες αληθείας των μανταλωτών και έχω :

NAND

S=0 & R=10111S=1 & R=01011Μηδενισμός1001Θέση0110

Μη χρησιμοποιούμενη1100ΛΕΙΤΟΥQaQRS


Κύκλωμα με NAND ;n Από την σύγκριση των δύο πινάκωνπαρατηρώ ότι ΔΕΝ μπορώ ναχρησιμοποιήσω μανταλωτή με πύλες NANDγιατί η κατάσταση S=«0» και R=«0» ΔΕΝχρησιμοποιείται.

n Άρα θα πρέπει να δοκιμάσω με πύλες NOR.


Δοκιμάζοντας το κύκλωμα

Το κύκλωμα τουμανταλωτή μεπύλες NAND ΔΕΝμπορεί να κάνειτην δουλεία μου.


ΛΥΣΗn Συγκρίνω τον πίνακα μου. Σύμφωνα με τουςπίνακες αληθείας των μανταλωτών και έχω :

NOR

Μη χρησιμοποιούμενη0011Θέση0101

Μηδενισμός1010S=1 &R=00100S=0 & R=11000ΛΕΙΤΟΥQaQRS


Κύκλωμα με NOR ;n Από την σύγκριση των δύο πινάκωνπαρατηρώ ότι μπορώ να χρησιμοποιήσωμανταλωτή με πύλες NOR γιατί η κατάστασηS=«0» και R=«0» χρησιμοποιείται.

n Ενώ η κατάσταση S=«1» και R=«1» δενχρησιμοποιείται, αλλά δεν με ενδιαφέρειγιατί ποτέ δεν πρόκειται οι δύο αισθητήρεςνα δώσουν κατάσταση «1».



Το κύκλωμα τουμανταλωτή μεπύλες NORμπορεί να κάνειτην δουλεία μου.


ΕΡΓΑΣΙΑ 2n Μια από τις εφαρμογές των flip – flops είναιη σχεδίαση διαιρέτη συχνότητας.

n Μπορούμε να διαιρέσουμε τη συχνότητα τωνπαλμών ενός ρολογιού με οποιαδήποτεδύναμη του 2, χρησιμοποιώντας τοκατάλληλο πλήθος J – K flip – flops με τηνακόλουθη συνδεσμολογία :


ΕΡΓΑΣΙΑ 2n Συνδέουμε n flip – flops έτσι ώστε η έξοδοςκάθε flip – flop να τροφοδοτεί την είσοδο CP(clock) του επόμενου flip – flop (οι είσοδοι Jκαι K όλων των flip – flops είναι «1»).

n Αν οι παλμοί ενός ρολογιού clockεφαρμόζονται στην είσοδο CP του πρώτουflip – flop, τότε η έξοδος του τελευταίου flip –flop έχει συχνότητα ίση με το 1/2n τηςσυχνότητας των παλμών ρολογιού clock.


ΕΡΓΑΣΙΑ 2n Να σχεδιάσετε, σύμφωνα με την παραπάνωσυνδεσμολογία, ένα κύκλωμα διαιρέτησυχνότητας χρησιμοποιώντας τρία (3) J – Kflip – flops που διεγείρονται με το αρνητικόμέτωπο του παλμού του ρολογιού τους.

n Να σχεδιάσετε τις κυματομορφές τωνπαλμών του ρολογιού clock και των εξόδωντων J – K flip – flops για να διαπιστώσετε ότιτο κύκλωμα λειτουργεί ως διαιρέτηςσυχνότητας.


ΛΥΣΗn Σύμφωνα με τον πίνακααληθείας όταν οιείσοδοι ενός J – K flip –flop πάρουν και οι δύοτιμή «1» το flip – flopαλλάζει κατάστασησυνεχώς με κάθεαλλαγή του παλμούρολογιού στηνανάστροφή κατάστασηαπό ότι ήταν πριν.

_Q(n)

11

101

010

Q(n)00

Q(n+1)KJ


ΛΥΣΗn Και επειδή διεγείρονται με το αρνητικόμέτωπο του παλμού τα flip – flop αλλάζουνόταν ο παλμός κατεβεί από το «1» στο«0».

01


Το κύκλωμα


Κυματομορφές

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15 t16

CLOCK

Q 1

Q 2

Q 3


ΛΥΣΗn Από τις κυματομορφές παρατηρούμε ότι :n Αν t είναι η περίοδος του σήματος τουρολογιού (CLOCK) τότε :

n Η περίοδος ΤQ1 του σήματος εξόδου τουπρώτου flip – flop Q1 είναι : TQ1=2*t.

n Η περίοδος TQ2 του σήματος εξόδου τουδεύτερου flip – flop Q2 είναι : TQ2=2*TQ1.

n Η περίοδος TQ3 του σήματος εξόδου τουδεύτερου flip – flop Q2 είναι : TQ3=2*TQ2.


ΛΥΣΗn Άρα τελικά η περίοδος του σήματος εξόδου του Q3είναι : TQ3=2*2*2*t = 23*t.

n Η συχνότητα του σήματος εξόδου δίνεται από τοντύπο : F=1/TQ3

n Δηλαδή ο τύπος 1/2n όπου n ο αριθμός των flip –flop ισχύει.

n Δηλαδή η συχνότητα του σήματος εξόδου είναι 16φορές μικρότερη από αυτήν του σήματος εισόδου(CLOCK), πραγματοποιήθηκε διαίρεση συχνότητας.

Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 -...

Education