+ All Categories
Home > Documents > Circuite logice integrate in automatizari.doc

Circuite logice integrate in automatizari.doc

Date post: 30-Jan-2017
Category:
Upload: dohuong
View: 375 times
Download: 9 times
Share this document with a friend
57
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] Circuite logice integrate în automatizări Material de predare Domeniul: Electronică, automatizări Calificarea: Tehnician în automatizări Nivel 3
Transcript
Page 1: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TICProiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013Beneficiar – 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]

Circuite logice integrate în automatizăriMaterial de predare

Domeniul: Electronică, automatizăriCalificarea: Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

Page 2: Circuite logice integrate in automatizari.doc

AUTOR:CARMEN MUŞAT – profesor grad didactic I, Colegiul Tehnic Edmond

Nicolau, Bucureşti

GABRIELA DIACONU - profesor grad didactic I, Gr. Şc. Costin Neniţescu, Bucureşti

COORDONATOR:

GABRIELA DIACONU - Prof. grad didactic I, Gr. Şc. Costin Neniţescu, Bucureşti

CONSULTANŢĂ:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPT

ZOICA VLĂDUŢ – expert CNDIPT

ANGELA POPESCU – expert CNDIPT

DANA STROIE – expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

2

Page 3: Circuite logice integrate in automatizari.doc

CuprinsI. Introducere....................................................................................................................4II. Documente necesare pentru activitatea de predare....................................................6III. Resurse.......................................................................................................................7

Tema 1. Funcţii logice; forme de reprezentare a funcţiilor logice.................................7Fişa suport 1.1 Funcţii logice........................................................................................7Tema 1. Funcţii logice; forme de reprezentare a funcţiilor logice...............................10

Fişa suport 1.2 Forme de reprezentare a funcţiilor logice.......................................10Tema 2. Porţi logice....................................................................................................14

Fişa suport 2.1. Porţi logice; simbol, tabel de adevăr, funcţionare, parametrii, verificare.................................................................................................................14

Tema 2. Porţi logice....................................................................................................18Fişa suport 2.2. Implementarea funcţiilor logice cu porţi logice..............................18

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................19Fişa suport 3.1. Codificatoare.................................................................................19

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................21Fişa suport 3.2. Decodificatoare.............................................................................21

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................24Fişa suport 3.3. Multiplexoare. Implementarea funcţiilor logice cu multiplexoare.. .24

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................27Fişa suport 3.4. Demultiplexorul.............................................................................27

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................29Fişa suport 3.5. Comparatorul digital......................................................................29

Tema 3. Circuite logice combinaţionale......................................................................30Fişa suport 3.6. Detectorul de paritate....................................................................30

Tema 4. Circuite logice secvenţiale............................................................................32Fişa suport 4.1. Bistabile de tip R-S, D, J-K, T........................................................32

Tema 4. Circuite logice secvenţiale............................................................................36Fişa suport 4.2. Numărătoare.................................................................................36

Tema 4. Circuite logice secvenţiale............................................................................40Fişa suport 4.3. Registre de deplasare...................................................................40

V. Bibliografie.................................................................................................................43

3

Page 4: Circuite logice integrate in automatizari.doc

I. IntroducereMaterialele de predare reprezintă o resursă – suport pentru activitatea de predare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaţie didactică.

Prezentul material de predare, se adresează cadrelor didactice care predau în cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronică, automatizări, calificarea Tehnician în automatizări.

El a fost elaborat pentru modulul Circuite logice integrate în automatizări, ce se desfăşoară în 33 ore, în următoarea structură:

Activităţi de predare 17 ore

Laborator tehnologic 16 ore

Competenţe vizate/ rezultate ale învăţării

Temă Fişă suport

Identifică circuitele logice

integrate după criterii de

clasificare

Tema 1 Funcţii logice; forme de reprezentare a funcţiilor logice

Fişa 1.1Funcţii logice Fişa 1.2 Forme de reprezentare a funcţiilor logice

Tema 2 Porţi logice Fişa 2.1 Porţi logice

Fişa 2.2 Implementarea funcţiilor logice cu porţi logice

Tema 3 Circuite logice

combinaţionale

Fişa 3.1 Codificatoare

Fişa 3.2 Decodificatoare

Fişa 3.3 Multiplexoare. Implementarea funcţiilor logice cu multiplexoareFişa 3.4 Demultiplexoare

Fişa 3.5 Comparatorul

Fişa 3.6 Detectorul de

paritate

Tema 4 Circuite logice

secvenţiale

Fişa 4.1Bistabile de tip R-S,

D, J-K, T

Fişa 4.2 Numărătoare

Fişa 4.3 Registre de deplasare

Tema 2 Porţi logice Fişa 2.1 Porţi logice

Fişa 2.2 Implementarea funcţiilor logice cu porţi

Page 5: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Verifică funcţionarea

circuitelor logice integrate

logiceTema 3 Circuite logice

combinaţionale

Fişa 3.1 Codificatoare

Fişa 3.2 Decodificatoare

Fişa 3.3 Multiplexoare. Implementarea funcţiilor logice cu multiplexoareFişa 3.4 Demultiplexoare

Fişa 3.5 Comparatorul

Fişa 3.6 Detectorul de

paritate

Tema 4 Circuite logice

secvenţiale

Fişa 4.1Bistabile de tip R-S, D, J-K, TFişa 4.2 Numărătoare

Fişa 4.3 Registre de deplasare

Realizează practic şi/sau prin simulare montaje cu circuite logice utilizate în automatizări.

Tema 2 Porţi logice Fişa 2.1 Porţi logice

Fişa 2.2 Implementarea funcţiilor logice cu porţi logice

Tema 3 Circuite logice

combinaţionale

Fişa 3.1 Codificatoare

Fişa 3.2 Decodificatoare

Fişa 3.3 Multiplexoare. Implementarea funcţiilor logice cu multiplexoareFişa 3.4 Demultiplexoare

Fişa 2.2 Comparatorul

Fişa 3.6 Detectorul de paritate

Tema 4 Circuite logice

secvenţiale

Fişa 4.1Bistabile de tip R-S, D, J-K, TFişa 4.2 Numărătoare

Fişa 4.3 Registre de deplasare

5

Page 6: Circuite logice integrate in automatizari.doc

II. Documente necesare pentru activitatea de predarePentru predarea conţinuturilor abordate în cadrul materialului de predare cadrul

didactic are obligaţia de a studia următoarele documente:

Standardul de Pregătire Profesională pentru calificarea Tehnician echipamente de calcul, nivelul 3 avansat – www.tvet.ro, secţiunea SPP sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Curriculum pentru calificarea Tehnician echipamente de calcul, nivelul 3 avansat – www.tvet.ro, secţiunea Curriculum sau www.edu.ro , secţiunea învăţământ preuniversitar

Alte surse pot fi:

www.allaboutcircuits.com/ vol_4

John F. Wakerly, Circuite Digitale, principiile şi practicile folosite în proiectare, Editura Teora, 2002

Toacşe, Gheorghe, Nicula, Dan, Electronica digitală, Editura tehnică,Bucureşti, 2005

Cataloage de circuite integrate digitale

Trifu, Adriana: Electronică digitală, Ed. Economică, 2001

Crenguţa Lăcrămioara Oprea, Strategii didactice interactive, editura didactică şi pedagogică, 2009

Ion Ovidiu Pâinişoară, Cominicarea eficientă, ediţia a IIa revizuită şi adăugită, editura POLIROM 2004

6

Page 7: Circuite logice integrate in automatizari.doc

III. Resurse

Tema 1. Funcţii logice; forme de reprezentare a funcţiilor logice

Fişa suport 1.1 Funcţii logice

Funcţiile logice sunt funcţii de n variabile ce se caracterizează prin faptul că atât variabilele cât şi funcţia nu pot lua decât două valori distincte ( 0 sau 1).Câte funcţii de n variabile binare există?Teoremă:

Numărul N al funcţiilor de n variabile binare este egal cu 2m, unde m=2n; Pentru n variabile binare (n biţi) există m=2n configuraţii distincte.

Un mod de reprezentare al funcţiilor logice este tabelul de adevăr – un tabel care în cooana/coloanele din stânga listează toate elementele mulţimii valorilor posibile de intrare, iar în coloana/coloanele din dreapta (coloanele de ieşire) sunt listate valorile corespunzătoare ieşirilor.

1. Funcţii de 1 variabilă n=1 variabile de intrare (x)

m=2n=21=2 configuraţii distincte şi N=2m=22=4 funcţii de o variabilă (f0, f1, f2 şi f3)

x f0 f1 f2 f3

0 0 1 0 11 0 0 1 1

f0(x)=0 funcţia ZEROf1(x)= funcţia NOT f2(x)=x funcţia DRIVERf3(x)=1 funcţia TAUTOLOGIE

2. Funcţii de 2 variabilen=2 variabile de intrare (x, y)

m=2n=22=4 configuraţii distincte ale variabilelor şi N=2m=24=16 funcţii de 2 variabile (f0, f1, f2 … f15)

x y f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 f15

0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Recunoaştem:f0(x,y)=0 funcţia ZEROf3(x,y)= funcţia NOTf5(x,y)= funcţia NOTf12(x,y)=x funcţia DRIVER

Page 8: Circuite logice integrate in automatizari.doc

f10(x,y)=y funcţia DRIVERf15(x,y)=1 funcţia TAUTOLOGIEAnalizăm funcţiile f8, f7, f14, f1, f6 şi f9:

f8 funcţia ŞI (AND) – realizează produsul logic x·y

x y f8(x,y)=x·y0 0 00 1 01 0 01 1 1

f8 – funcţia ŞI (AND) ia valoarea 1 variabilele de intrare iau valoarea 1

f7 funcţia ŞI NEGAT (NAND) – realizează produsul logic negat

x y f7(x,y)=0 0 10 1 11 0 11 1 0

f7 – funcţia ŞI NEGAT (NAND) ia valoarea 0 variabilele de intrare iau valoarea 1

f14 funcţia SAU (OR) – realizează suma logică x y f14(x,y)=x+y0 0 00 1 11 0 11 1 1

f14 – funcţia SAU (OR) ia valoarea 0 variabilele de intrare iau valoarea 0

f1 funcţia SAU NEGAT (NOR) – realizează suma logică negată

x y f1(x,y)=0 0 10 1 01 0 01 1 0

f1 – funcţia SAU NEGAT (NOR) ia valoarea 1 variabilele de intrare iau valoarea 0

8

Page 9: Circuite logice integrate in automatizari.doc

f6 funcţia SAU EXCLUSIV (XOR) – realizează suma logică modulo2 x y f6(x,y)= 0 0 00 1 11 0 11 1 0

f6 – funcţia SAU EXCLUSIV (XOR) ia valoarea 0 variabilele de intrare iau valoarea 0 sau valoarea 1

f9 funcţia SAU EXCLUSIV NEGAT (NXOR) – realizează suma logică modulo2 negată

x y f6(x,y)= 0 0 10 1 01 0 01 1 1

f9 – funcţia SAU EXCLUSIV NEGAT (NXOR) ia valoarea 1 variabilele de intrare iau valoarea 0 sau valoarea 1 (variabilele de intrare au aceeaşi valoare).

Sugestii metodologice:

UNDE?- în sala de clasă sau laboratorul de electronică digitală

CUM?- frontal sau pe grupe- utilizând ca metode de predare conversaţia dirijată, explicaţia,

exerciţiul CU CE?

- Fişe de lucru- Retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- Materiale interactive de învăţare ( lecţii în format electronic)

9

Page 10: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 1. Funcţii logice; forme de reprezentare a funcţiilor logice

Fişa suport 1.2 Forme de reprezentare a funcţiilor logice

1. Expresia logică booleanăf=Se poate prelucra (aduce la o formă mai simplă) folosind postulatele şi teoremele algebrei logice.

2. Tabelul de adevărEste un tabel care listează în coloana (coloanele) din stânga toate elementele mulţimii valorilor posibile de intrare – configuraţiile distincte ale variabilelor de intrare, iar în coloana (coloanele) din dreapta – coloanele de ieşire, sunt listate valorile corespunzătoare ieşirilor.

Sugestii metodologice:CUM? - prin exerciţii, conversaţie dirijată, explicaţie - se dau exemple de funcţii logice reprezentate print tabele de adevăr şi se cere expresia logică a funcţiei- se cunoaşte expresia logică a funcţiei şi se deduce reprezentarea funcţiei prin tabel de adevăr- se lucrează frontal sau pe grupeCU CE?

- fişe de lucru- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART

Algoritmul de extragere a funcţiei logice din tabelul de adevăr:1) Se iau în consideraţie configuraţiile binare pentru care funcţia logică ia

valoarea 1.2) Pentru fiecare configuraţie binară considerată la punctul 1) se

construieşte un produs logic în care fiecare variabilă binară de intrare apare negată dacă aceasta ia valoarea 0, sau nenegată dacă variabila ia valoarea 1.

3) Se sumează logic produsele obţinute la punctul 2)

3. Exprimarea analitică prin forme canonice: forma canonică normal disjunctivă (fcnd)

,

unde reprezintă valorile funcţiei din tabelul de adevăr, iar termenii canonici conjunctivi (mintermeni).

Un mintermen este un produs logic care conţine toate variabilele luate o dată şi numai o dată. Variabila va fi negată dacă are valoarea 0, sau nenegată

Page 11: Circuite logice integrate in automatizari.doc

dacă are valoarea 1, în cadrul combinaţiei corespunzătoare mintermenului respectiv.

forma canonică normal conjunctivă (fcnc)

(se iau în consideraţie acei egali cu 0)

unde reprezintă valorile funcţiei din tabelul de adevăr, iar termenii canonici disjunctivi (maxtermeni).

Un maxtermen este o sumă logică în care fiecare variabilă apare o dată şi numai o dată. Variabila va fi negată sau nu, după cum are valoarea 1 sau 0 în combinaţia care generează maxtermenul respectiv.

Sugestii metodologiceCUM? - prin exerciţii, conversaţie dirijată, explicaţie - se dau exemple de funcţii logice reprezentate print tabele de adevăr şi se deduce forma canonică normal disjunctivă şi/sau fotma canonică normal confunctivă- se cunoaşte expresia logică a funcţiei sub formă canonică normal disjunctivă şi/sau fotma canonică normal confunctivă şi se deduce reprezentarea funcţiei prin tabel de adevăr- se pot folosi exerciţii de tipul: să se reprezinte sub formă de tabel sau canonică normal disjunctivă/ disjunctivă funcţia de patru variabile care selectează numerele prime / numerele divizibile cu 2/ etc.- se lucrează frontal sau pe grupe

CU CE?- fişe de lucru- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- lecţii în format electronic

4. Forma elementară

Termenii formei elementare nu conţin toate variabilele de intrare. Forma elementară este dată sau se obţine din formele canonice prin minimizare.

5. Forma neelementară

Conţine negări de mai multe variabile, incluziuni, paranteze. Se prelucrează şi se aplică postulatele şi teoremele algebrei booleene.

11

Page 12: Circuite logice integrate in automatizari.doc

6. Diagrama Veitch – Karnaugh.

Diagrama Veitch – Karnaugh este o reprezentare grafică a tuturor combinaţiilor unice între variabile. Fiecare termen minimal este reprezentat printr-o celulă. Celulele sunt aşezate astfel încât două celule adiacente reprezintă termeni minimali ce diferă doar printr-o variabilă.

Observaţie: Şi celulele de la extremităţile unei linii (sau unei coloane) sunt adiacente, deoarece termenii corespunzători diferă doar printr-o variabilă.

Diagrama se completează cu valorile 0 sau 1 pe care le ia funcţia pentru diverse combinaţii ale variabilelor.

a. funcţii de 2 variabileA

B 0 1

0 P0 P2

1 P1 P3

b. funcţii de 3 variabileAB

C 00 01 11 10

0 P0 P2 P6 P4

1 P1 P3 P7 P5

c. funcţii de 4 variabileAB

CD 00 01 11 10

00 P0 P4 P12 P8

01 P1 P5 P13 P9

11 P3 P7 P15 P11

10 P2 P6 P14 P10

Se precizează care este cel mai semnificativ bit şi cel mai puţin semnificativ bit, pentru toate funcţiile definite în exemple sau exerciţii.

Minimizarea funcţieif= se face astfel:

se completează diagrama Veitch – Karnaugh

12

Page 13: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Funcţia minimizată este f=

Sugestii metodologice

CUM? - prin exerciţiu, conversaţie dirijată, explicaţie - se dau exemple de funcţii logice reprezentate print tabele de adevăr, forma canonică normal disjunctivă şi/sau forma canonică normal conjunctivă şi se repreprezintă funcţia sub formă de diagramă Veitch – Karnaugh. Se minimizează funcţia. Se insistă pe importanţa minimizării funcţiei şi pe avantajele oferite ( economice, de funcţionare) - se lucrează frontal, individual sau pe grupe

UNDE?- în sala de clasă

CU CE?- fişe de lucru- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- materiale de predare interactice ( lecţii în format electronic)

13

Page 14: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 2. Porţi logice

Fişa suport 2.1. Porţi logice; simbol, tabel de adevăr, funcţionare, parametrii, verificare.Porţile logice sunt cele mai simple circuite integrate digitale, făcând parte din categoria circuitelor integrate pe scară mică, SSI ( Small Scale Integration), cu mai puţin de 50 de tranzistoare integrate

Se prezintă principalele porţile logice:1. Poarta ŞI ( AND)

Simbol Funcţia logică

Tabel de adevăr Aspect, terminale

2. Poarta SAU ( OR)Simbol

Funcţia logică

Tabel de adevăr Aspect, terminale A B A+B0 0 00 1 11 0 11 1 1

3. Poarta inversoare NU Simbol Funcţia logică

A B A*B0 0 00 1 01 0 01 1 1

A B A*B0 0 00 1 01 0 01 1 1

A B A*B0 0 00 1 01 0 01 1 1

AB

A·B

BA

A+B

14

Page 15: Circuite logice integrate in automatizari.doc

f = A

Tabel de adevăr Aspect, terminale

4. Poarta ŞINU ( NAND)

Simbol Funcţia logică

Tabel de adevăr

Aspect, terminale

5. Poarta SAUNU ( NOR)

Simbol Funcţia logică

Tabel de adevăr Aspect, terminale

A B A+B0 0 10 1 01 0 01 1 0

A B A*B0 0 00 1 01 0 01 1 1

A A

0 11 0

A B A*B0 0 10 1 11 0 11 1 0

A A

AAB

BA

BABA

15

Page 16: Circuite logice integrate in automatizari.doc

5. Poarta SAUEXCLUSIV( XOR)

Simbol Funcţia logică

Tabel de adevăr Aspect, terminale

A B A0 0 00 1 11 0 11 1 0

Sugestii metodologice

CUM? - prin conversaţie dirijată, explicaţie, observaţie dirijată - se prezintă diverse porţi logice sub formă de circuite integrate şi cataloage de circuite integrate digitale. Se identifică circuitele şi se asociază cu simbolul. Elevii completează funcţia logică şi tabelul de adevăr. Se face referire la fişele support 1.1 şi 1.2- se lucrează frontal sau pe grupe

UNDE?- în sala de clasă sau în laboratorul de electronică digitală

CU CE?- fişe de lucru- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- circuite integrate digitale ( CDB 400, CDB 406, 74LS86, etc. )- cataloage de circuite integrate digitale- materiale de învăţare interactice ( lecţii în format electronic)

Se prezintă şi se verifică parametrii porţilor logice- nivel logic 0- nivel logic 1- VIH , VOH , IIH , IOH

- marginea de zgomot- timpul de propagare tpd

- puterea consumată- FAN OUT

Se verifică funcţionarea porţilor logice

Sugestii metodologice

BA

A

16

Page 17: Circuite logice integrate in automatizari.doc

CUM? - prin lucrare de laborator, explicaţie, observaţie dirijată - se prezintă diverse porţi logice şi se verifică funcţionarea şi parametrii- se lucrează frontal ( prezentarea parametrilor) şi pe grupe ( verificarea funcţionării şi a parametrilor porţilor logice)

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

CU CE?- fişe de laborator- circuite integrate digitale ( CDB 400 sau 7400, CDB 404 sau7404, CDB

410 sau 7410…..)- cataloage de circuite integrate digitale- echipamente necesare verificării funcţionării şi a parametrilor

porţilor logice ( machete de laborator, aparate de măsură, surse de alimentare)

17

Page 18: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 2. Porţi logice

Fişa suport 2.2. Implementarea funcţiilor logice cu porţi logiceÎn cazul sintezei circuitelor logice combinaţionale se cunoaşte funcţia pe care trebuie să o realizeze circuitul şi trebuie determinată structura acestuia. Sinteza unui CLC ( circuit logic combinaţional) presupune parcurgerea următoarelor etape:

definirea funcţiei; minimizarea funcţiei; determinarea schemei circuitului.Schema circuitului poate avea mai multe forme, în funcţie de expresia după care se

implementează funcţia: cu porţi logice ŞI, SAU, NU (AND, OR, NOT); cu porţi ŞI – NU (NAND); cu porţi SAU – NU (NOR).

Prin implementarea unei funcţii logice sau a unui sistem de funcţii, se înţelege realizarea acestora cu circuite integrate, adică, proiectarea şi desenarea schemei cu simbolurile logice asociate circuitelor şi calcularea numărului de circuite integrate necesare.Pentru minimizarea implementării unei funcţii logice trebuie:

să se utilizeze circuite integrate cât mai puţin dispersate ca tipuri; să se aleagă tipul de circuit integrat cel mai potrivit pentru implementare.Pentru o implementare eficientă (care necesită un număr minim de circuite

integrate), se pleacă întotdeauna de la forma minimizată a funcţiei (forma elementară).După implementarea fucţiei logice cu porţi logice se realizează practic circuitul ( sau

se simulează prin softuri de simulare) şi se verifică fucţionarea circuitului, remediindu-se defectele apărute( de conectivitate, de alimentare, de continuitate a traseelor)

Sugestii metodologice

CUM? - prin lucrare de laborator, explicaţie, observaţie dirijată, exerciţii - se prezintă diverse funcţii logice, apelând şi la fişele suport 1.1 şi 1.2

- se minimizează aceste funcţii, se proiectează şi se desenează schema circuitului cu simbolurile logice asociate, se calculează numărul de circuite integrate nesesare şi se realizează practic/simulare circuitul, verificându-se funcţionarea lui în comparaţie cu tabelul de adevăr asociat funcţiei.

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

CU CE?- fişe de laborator- circuite integrate digitale ( porţi logice)/ softuri de simulare- cataloage de circuite integrate digitale- echipamente necesare realizării circuitelor cu porţi logice

Page 19: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.1. Codificatoare

Circuitele logice combinaţionale (CLC) se caracterizează prin faptul că variabilele de ieşire depind numai de variabilele de intrare şi există doar în prezenţa acestora. CLC sunt circuite fără memorie.Ecuaţia de funcţionare a unui CLC este de forma:

Yk=fk(xn−1,…,x1,x0);k=

Circuitul logic combinaţional care furnizează la ieşiri un cuvânt binar de k biţi atunci când numai una dintre cele n intrări ale sale este activă, poartă denumirea de codificatorCodificatorul zecimal – binar: la intrare se aplică datele în sistem zecimal (n = 10), iar laieşire apar datele codificate în binar ( k = 4). Numărul cuvintelor generate la ieşireacodificatorului este egal cu numărul intrărilor sau liniilor de cuvânt de intrare. Se prezintă schema circuitului de codificare zecimal-binar. Se poate nota cu i0, i1,…i9 intrările în codificator şi cu A, B, C, D ieşirile.Transformarea unui număr zecimal în codul BCD este:

I A B C D0 (i0) 0 0 0 01 (i1) 0 0 0 12 (i2) 0 0 1 03 (i3) 0 0 1 14 (i4) 0 1 0 05 (i5) 0 1 0 16 (i6) 0 1 1 07 (i7) 0 1 1 18 (i8) 1 0 0 09 (i0) 1 0 0 1

Se prezintă codificatoare: aspect, funcţionare ( Ex:se prezintă codificatorul prioritar 74148, cu intrările0,1,2,….7, şi ieşirile Y0, Y1 şi Y2, toate active pe 0 logic. Fiecărei intrări îi este atribuită o prioritate, care creşte cu numărul intrării. Se realizează tabelul de adevăr, în urma observării funcţionării circutului.

ym - 1

y1

y0

xn - 1

x1

x0

CLC::.

Page 20: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Sugestii metodologice

CUM? - prin explicaţie, observaţie dirijată, lucrare practică de laborator - studiu de caz: se propune realizarea unui codificator în binar a numerelor zecimale de la 0 la 15 realizat cu circuitul integrat 74148- se poate realiza şi practic sau prin simulare, unde permite baza materială, a circuitului obţinut şi verificarea funcţionării acestuia

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală/ laboratorul de informatică pentru simulare

CU CE?- Fişe de lucru- fişe de laborator- circuite integrate digitale ( codificatoare, circuitul 74148)/ soft de

simulare- cataloage de circuite integrate digitale- echipamente necesare realizării lucrării de laborator pentru studiul

funcţionării codificatorului

20

Page 21: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.2. Decodificatoare

Decodificatorul reprezintă un circuit logic combinaţional (CLC), cu n intrări şi un număr de 2n ieşiri. Dacă la intrările decodificatorului se aplică o anumită combinaţie logică, numai una dintre ieşiri este activată.

- Se prezintă circuite integrate decodificatoare: aspect, simbol, marcaj, terminale- Se prezintă structura unui decodificator şi se explică funcţionarea. Se apelează la cunoştinţele anterioare prezentate în fişele support 2.1, 2.2.

Decodificatorul binar-zecimal realizează conversia numărului de la intrare, prezentat în cod binar, în echivalentul zecimal. El are un număr de 4 intrări şi 10 ieşiri.

În următoarea figură se prezintă structura unui decodificator tipic binar – zecimal, realizat pe baza porţilor logice de tip NAND:

2n ieşiri

O1 O2 O2n

n intrǎri

DECODIFICATOR

I1 I2 In

Page 22: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Codul 0111 de la intrare selectează ieşirea corespunzătoare cifrei zecimale 7

Se studiază funcţionarea decodificatorului binar – zecimal

Se pot deduc utilizările circuitului în automatizări ( în circuite de selecţie,etc).

Se completează tabelul de adevăr pentru decodificatorul binar - zecimal.

INTRARI IEŞIRI0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A B C D0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 10 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 10 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

Din tabelul de adevăr se va observa că numai una din ieşirele zecimale este activă (nivel logic 0) pentru cele 16 stări ale codului binar. Acest tip de decodificator se foloseşte pentru extragerea informaţiei din decadele de numărare si comanda afişării numerice zecimale.

Alt tip de decodificator este decodificatorul pentru afişajul pe 7 segmente. Tabelul de adevăr este:

I3 I2 I1 I0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 10 0 0 1 0 0 1 0 0 1 00 0 1 0 1 0 1 1 1 0 10 0 1 1 1 1 0 1 1 0 10 1 0 0 0 1 0 1 1 1 00 1 0 1 1 1 0 1 0 1 10 1 1 0 1 1 1 1 0 1 10 1 1 1 0 1 0 0 1 0 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

22

Page 23: Circuite logice integrate in automatizari.doc

A fost evidenţiată linia pentru aprinderea cifrei 3

Sugestii metodologice

Se pot utiliza şi alte structuri interne ale decodificatorului

CUM?- învăţare prin descoperire dirijată, explicaţie- frontal sau pe grupe- prin lucrare practică de laborator/ simulare - având în vedere numărul mic de ore , la lucrarea de laborator se poate cupla studiul codificatorului cu studiul decodificatorului sau decodificatorul cu demultiplexorul

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- decodificatoare ( CDB 442E, CDB 74154)/ soft de simulare - cataloage pentru componente electronice digitale- platformă experimentală pentru studiul decodificatoarelor

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală/ laboratorul de informatică (pentru simulare)

D0

D1

D3

D4

D2

D5

D6

23

Page 24: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.3. Multiplexoare. Implementarea funcţiilor logice cu multiplexoare

Multiplexorul este circuitul logic combinaţional care transmite datele de la una din cele m căi de intrare la o cale de ieşire unică. Selectarea căii de de intrare se face prin intermediul unui cuvânt binar de selecţie cu n biţi. Între numerele m şi n există relaţia m = 2n Simbolul multiplexorului este I1 I2 Im

Implementarea circuitului unui MUX (simplificat la 4 intrari) este dată în figura următoare, obtinută prin sinteza funcţiei f conform expresiei:f = E * (A * B * D0 + A * B* D1 + A * B* D2 + A * B * D3)

MUXA1

...

An

W

Page 25: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Se completează tabelul de adevăr

Enable Cod de adresă Ieşire E A B W0 0 0 D0

0 0 1 D1

0 1 0 D2

0 1 1 D3

1 X X Blocat

Sugestii metodologice

CUM?- învăţare prin descoperire dirijată. Se face apel şi la fişele suport 1.1, 1.2, 2.2- problematizare : sinteza funcţiei pentru opt intrări şi tabelul de adevăr corespunzător- frontal sau pe grupe

CU CE?- fişe de lucru- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- lecţii în format electronic

Tipuri de multiplexoare:

- 74150 – cu 16 intrări de date- 74151 – cu 8 intrări de date- 74152 – cu 8 intrări de date, fără intrare de validare- 74157 – cuadruplu cu 2 intrări de date

Se studiază funcţionarea multiplexorului şi se deduc utilizările lui în automatizăriSe implementează diverse funcţii, reprezentate prin forma canonică disjunctivă, cu mulltiplexor. Exemplu . f ( A, B ) = P0+P2

25

Page 26: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Sugestii metodologice

CUM?- învăţare prin descoperire dirijată, explicaţie- frontal sau pe grupe- lucrare practică de laborator Studiul multiplexorului ( se poate

simula funcţionarea multiplexorului)- miniproiect cu tema: Principalele aplicaţii ale multiplexorului în automatizări ( selecţie secvenţială, conversie paralel-serie, transmisia datelor pe un singur canal, implementarea memoriilor, etc)

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- multiplexoare- cataloage pentru componente electronice digitale- platformă experimentală pentru studiul multiplexoarelor- soft pentru simulare

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală ( în laboratorul de informatică pentru simulare)- activitate de documentare în bibliotecă sau folosind internetul în afara orelor de curs

26

Page 27: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.4. Demultiplexorul

Demultiplexorul este circutul logic combinaţional care permite transmiterea datelor de pe o cale de intrare D pe una din cele m căi de ieşire, selectate prin cele n linii de cod de adresă. Între numerele m şi n există relaţia m = 2n

O1 O2 Om

Selectarea unei anumite căi de ieşire se face prin aplicarea cuvântului de adresă corespunzător la intrările A1........ An

La schema logică a unui decodificator, vezi fişa suport 3.2, liniile de intrare devin linii de cod de adresă şi se adaudă o linie de intrare de date, notată cu D, obţinându-se astfel schema logică a unui demultiplexor.

Se completează tabelul de adevăr pentru n = 2.

Intrarea de date D

Codul de adresăA B

O0 O1 O2 O3

0 sau 1 0 0 D0 sau 1 0 1 D0 sau 1 1 0 D0 sau 1 1 1 D

Tipuri de demultiplexoare:

- demultiplexor cu 3 intrări de adresă ( CDB 442E, 7445, 74141, 74145 ) - demultiplexor dublu cu 2 intrări de adresă (74155 – cu etaj de ieşire totempole, 74156 cu etaj de ieşire cu colectorul în gol)- 74154 – cu 2 intrări şi 16 ieşiri

Se studiază funcţionarea demultiplexorului şi se deduc utilizările lui în automatizări.

Sugestii metodologice

CUM?- învăţare prin descoperire dirijată, explicaţie- frontal sau pe grupe

A1

.

...An

DEMUX

D

Page 28: Circuite logice integrate in automatizari.doc

- lucrare practică de laborator sau simularea funcţionării demultiplexorului

- miniproiect cu tema : Extinderea capacităţii unui demultiplexor standard sau Utilizarea demultiplexorului în automatizări

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- demultiplexoare- cataloage pentru componente electronice digitale- platformă experimentală pentru studiul demultiplexoarelor

sau soft pentru simulare

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală ( laboratorul de informatică, pentru simulare)- activitate de documentare în bibliotecă sau acasă în afara orelor de curs

28

Page 29: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.5. Comparatorul digital

Comparatorul digital este circuitul logic combinaţional care realizează determinarea valorii relative a două numere binare A şi B. Mărimile de intrare ale comparatorului sunt cei n biţi ai fiecăruia dintre cele două numere, iar cele trei ieşiri au rolul de a indica una dintre relaţiile A = B, A < B, A > B care este adevărată.

Considerând A şi B numere de un bit se construiesc următoare funcţii:Pentru A = B : Pentru A > B : Pentru A < B : Funcţiile iau valoarea 1 logic dacă este indeplinită condiţia pusă.Se implementează o variantă a comparatorului digital pentru un bit, ţinând cont de funcţiile de mai sus şi se explică funcţionarea.

Se extinde pentru un comapator digital pentru un număr cu mai mulţi biţiSe prezintă comparatoare digitale ( 7485 – 2 comparatoare de căte 4 biţi, etc) şi se enumeră câteva utilizări

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie dirijată, problematizare, explicaţie- frontal

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- comparatoare digitale- cataloage pentru componente electronice digitale- lecţii în format electronic

UNDE?- în sala de clasă sau în laboratorul de electronică digitală

A<B

A A=BB

A>B

Page 30: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 3. Circuite logice combinaţionale

Fişa suport 3.6. Detectorul de paritate

Detectorul de paritate au rolul de a determina paritatea sau imparitatea numărului de variabile de intrare egale cu 1 logic. Sunt utilizate la detectarea erorilor în transmisia datelor.

Realizarea acestui circuit se bazează pe proprietatea porţii logice SAU-EXCLUSIV de a răspunde prin 1 logic atunci când una dintre intrări este 1 logic şi cea de-a doua în 0 logic ( număr impar de 1) sau prin 0 logic atunci când ambele intrări sunt în 1 logic ( număr par de 1).

Detector de paritate pentru 4 variabile de intrare: se folosesc trei porţi SAU-EXCLUSIV

Se completează tabelul de adevăr pentru circuitul prezentat şi se constată că ieşirea CLC-ului se află în 0 logic numai atunci când la intrare există un număr par de 1 logic.Se prezintă detectorul şi generatorul de paritate integrat de uz general pe 8 biţi, 74180.

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie euristică, problematizare, explicaţie- frontal şi/sau pe grupe- exerciţii de completare a tabelului de adevăr- se folosesc şi fişele suport 1.1, 1.2, 2.1, 2.2- miniproiect cu tema Extinderea detectorului de paritate pentru 8

variabile de intrare ( individual sau pe grupe de 2,3 elevi)

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- fişe de lucru

BA

A

A

DC

C

BA

A

Page 31: Circuite logice integrate in automatizari.doc

- detector de paritate 74180- cataloage pentru componente electronice digitale- soft pentru simularea funcţionării circuitelor electronice

digitale

UNDE?- în sala de clasă sau în laboratorul de electronică digitală- studiu individual acasă sau în bibliotecă pentru realizarea

miniproiectului

31

Page 32: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 4. Circuite logice secvenţiale

Fişa suport 4.1. Bistabile de tip R-S, D, J-K, T

Circuitele logice secvenţiale sunt circuite cu porţi logice la care starea ieşirilor depinde atât de starea intrărilor cât şi de starea anterioară a ieşirilor. Datorită reacţiei ce apare în aceste circuite ele posedă un comportament parţial independent de semnalele aplicate la intrare.

Se prezintă cel mai simplu element de memorare ce poate fi construit pornind de la circuite logice elementare ( NAND, NOR sau alt tip de poartă logică elementară).

Se studiază funcţionarea acestui circuit ( celulă de memorare asincronă)Se completează tabelul de adevăr

S R Qn+1 Qn+1

0 0 Qn Qn

1 0 1 00 1 0 11 1 Stare de nedeterminare

Se completează schema cu o intrare pentru semnalul de ceas ( CLOCK) şi circuitul logic combinaţional adecvat şi se studiază funcţionarea celulei de memorare sincronă

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie dirijată, problematizare, explicaţie- demonstraţie experimentală- frontal

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- celulă de memorare - machetă experimentală de laborator pentru studiul celulei de

memorare

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

R

S

Q

Q

Page 33: Circuite logice integrate in automatizari.doc

1. Bistabilul de tip R – S

Simbol

Schema electronică

Tabel de adevăr

CLK S R Qn+1 Qn+1

Da 0 0 Qn Qn

Da 1 0 1 0Da 0 1 0 1Da 1 1 Stare de nedeterminareNu X X Qn Qn

De evitat marele dezavantaj al bistabilului R-S: existenţa stării de nedeterminare ce se manifestă atunci când ambele intrări sunt active.

2. Bistabil de tip D

Dacă R = S atunci bistabilul de tip R-S se transformă într-un bistabil de tip D. Simbol :

Tabel de adevăr

CLK D Qn+1

Da 0 0Da 1 1Nu X Qn

R S

Q Q

CLK

D

Q Q

CLK

33

Page 34: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Se elimină starea de nedeterminare. Bistabilul D întârzie datele de la intrare cu un tact.

3. Bistabil de tip J-KReluând în discuţie bistabilul de tip R-S şi adăugând o buclă de reacţie suplimentară, se poate construi un bistabil cu două intrări ce comută deterministSe prezintă schema logică de principiu şi simbolul

Se studiază funcţionarea şi se construieşte tabelul de adevăr

CLK J K Qn+1 Qn+1

Nu X X Qn Qn

Da 0 0 Qn Qn

Da 0 1 0 1Da 1 0 1 0

Da 1 1 Qn

Qn

4. Bistabil de tip T

Dacă se impune condiţia J = K, atunci se va obţine un bistabil de tip T

Se explică funcţionarea şi se construieşte tabelul de adevăr Se identifică utilizările bistabililor în tehnica de calcul ( registre de deplasare, numărătoare, divizoare de frecvenţă, etc)Se prezintă şi se studiază structura master – slave:

34

Page 35: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie dirijată, observare dirijată, problematizare, explicaţie- lucrare practică de laborator sau simulare circuite- frontal şi/sau pe grupe

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- tipuri de circuite bistabile R-S, D, J-K, T- machetă experimentală de laborator pentru studiul circuitelor

digitale bistabile sau soft de simulare- cataloage de circuite electronice digitale

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

35

Page 36: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 4. Circuite logice secvenţiale

Fişa suport 4.2. Numărătoare

Un bistabil T este un circuit, comandat prin T = 1, de numărare binară. Pentru obţinerea unui numărător de capacitate mai mare se folosesc circuite formate din mai multe bistabile de tip T. În funcţie de modul de conectare a acestora se definesc două categorii de numărătoare:- numărătoare asincrone, la care impulsul de ceas nu comută în acelaşi moment de timp pentru toate celulele de numărare ( bistabil de tip T sau J-K) şi la care intrările de tip T sunt costant egale cu 1 logic.- numărătoare sincrone, carcterizate prin faptul că impulsurile de ceas sunt aplicate simultan şi întotdeauna tuturor bistabililor, iar intrările de tip T pot lua cele două valori logice în funcţie de tranziţia realizată de sistem.Există şi posibilitatea implementării numărătoarelor pornind de la bistabili de tip D. În acest caz circuitul nu mai este o colecţie de automate independente ci formează un automat complex, cu o buclă globală introdusă peste sisteme de ordinul unu (bistabili D) , ceea ce face ca şi ordinul acestor tipuri de numărătoare să fie tot doi. Numărul stărilor distincte ale unui numărător format din n bistabile este 2n, deci numărătorul este modulo 2n. Fiecărei stări i se poate asocia câte un cuvânt de cod binar de lungime n, reprezentând ieşirile celor n bistabile pentru starea dată a numărătorului. Codul de numărare este dat de succesiunea cuvintelor de cod asociate stărilor numărătorului.

Numărătoare asincroneSe analizează funcţionarea unui numărător asincron cu patru celule de numărareTabelul de succesiune a stărilor pentru numărătorul binar de 4 biţi este

Stare 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 09 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

Folosind proprietatea bistabilului JK cu intrările J = K = 1 de a trece în stareacomplementară la fiecare impuls de tact, pentru realizarea numărătorului se aplică impulsurile de tact bistabilului asociat bitului de rang inferior (Q0). La fiecare comutaredin 1 în 0 a acestui bistabil se obţine un front negativ care se utilizează pentru comanda

Page 37: Circuite logice integrate in automatizari.doc

bistabilului asociat bitului următor, Q1. Se obţine circuitul din figura următoare:

Se prezintă numărătorul asincron, cu numărare directă, cu patru celule de numărareSe analizează funcţionarea şi se prezintă utilizări ale numărătorului, în special în automatizări.Se construieşte diagrama de timp pentru numărătorul prezentat

Dezavantajul numărătoarelor asincrone este dat de timpul de comutare ridicat(în cazul cel mai defavorabil, suma timpilor de comutare ale tuturor bistabilelor). Deaceea, ele nu se pot utiliza la frecvenţe înalte. Avantajul constă în simplitatea schemeilogice, bistabilele interconectându-se fără circuite suplimentare.

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie euristică, problematizare, explicaţie. Pentru utilizările

numărătoarelor se poate aplica brainstrormingul.- lucrare practică de laborator sau simularea funcţionării- frontal şi/sau pe grupe- Se poate da temă de studiu pentru acasă Numărătorul asincron

invers obţinut din schema anterioară (pentru elevii care dovedesc aptitudini deosebite pentru utilizarea circuitelor integrate logice)

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- tipuri de numărătoare asincrone ( 7490, 7493, etc.)- machetă experimentală de laborator pentru studiul

numărătoarelor- cataloage de circuite electronice digitale

T

37

Page 38: Circuite logice integrate in automatizari.doc

- soft pentru simulare- lecţii în format electronic

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

Numărătoare sincrone

În cazul numărătoarelor sincrone, impulsurile de tact sunt aplicate simultan latoate bistabilele, care vor comuta în acelaşi timp, deci nu succesiv ca în cazul numărătoarelor asincrone. Se elimină astfel întârzierile cumulative datorită bistabilelor, frecvenţa de lucru nefiind limitată decât de întârzierea datorată unui singur bistabil şi deîntârzierea introdusă de porţile logice adăugate.Considerăm un numărător binar de 4 biţi (modulo 16). Pentru realizarea acestuiaîn varianta sincronă cu bistabile de tip J-K conectate ca bistabile T, consultăm tabelulde succesiune a stărilor. Se poate observa că un anumit bistabil din numărător,cu excepţia bistabilului Q0, care comută la fiecare impuls de tact, comută numaiatunci când toate bistabilele de ordin inferior au ieşirea 1 logic în starea anterioară.De exemplu, Q3 comută atunci când Q2, Q1, Q0 sunt la 1 logic în starea anterioară.Din această observaţie, rezultă ecuaţiile intrărilor bistabilelor J-K:J0 = K0 = 1J1 = K1 = Q0

J2 = K2 = Q0 Q1

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

J2 = K2 = Q0 J1

J3 = K3 = Q2 J2

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

Circuitul mai are o intrare pentru semnalul de ştergere asincronă, notat de obicei cu CL ( CLEARE) sau RESET. Pentru proiectarea unui numărător cu lungimea ciclului de numărare mai mică

38

Page 39: Circuite logice integrate in automatizari.doc

decât 2n (unde n este numărul de bistabile), sau pentru numărarea într-un alt cod, se pot utiliza diagramele Karnaugh şi tabelele adevăr ale bistabilelor pentru determinareaecuaţiilor intrărilor bistabilelor. Modul de funcţionare al numărătorului este completspecificat prin secvenţa de numărare, care reprezintă succesiunea de stări ale acestuia.Din secvenţa de numărare se pot întocmi tabelele de adevăr ale bistabilelor, de underezultă funcţiile de comandă (ecuaţiile intrărilor).Se poate studia funcţionarea numărătorului asincron 74193, şi cu numărare în cod BCD.

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie euristică, problematizare, explicaţie, observaţie dirijată.

Pentru utilizările numărătoarelor se poate aplica brainstrormingul.- lucrare practică de laborator sau simularea funcţionării

numărătoarelor sincrone- frontal şi/sau pe grupe- Se poate da temă de studiu pentru acasă Numărătorul sincron cu

numărae în cod BCD (pentru elevii care dovedesc aptitudini deosebite pentru utilizarea circuitelor integrate logice) sau miniproiect cu tema Obţinerea unui divizor de frecvenţă cu 2, 4, etc utilizat în echipamente de automatizare

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- tipuri de numărătoare sincrone (74193, etc.)- machetă experimentală de laborator pentru studiul

numărătoarelor sau soft de simulare- cataloage de circuite electronice digitale

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

39

Page 40: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Tema 4. Circuite logice secvenţiale

Fişa suport 4.3. Registre de deplasare

Un bistabil master-slave poate fi extins formând o structură cu un număr par de latch-uri. Se obţine un registru de deplasare serie. Utilizând bistabili de tip master-slave se poate realiza şi o extensie serie-paralel, sub forma registrului paralel de stocare. De asemenea se pot concepe şi structuri în care, prin modul în care sunt interconectate bistabilele de tip D, cu ajutorul unor circuite logice combinaţionale, să se poată obţine atât registre serie, cât şi paralel, cu funcţia controlată de intrări de selecţie.

Registre de deplasare serieUn registru de deplasare serie de patru biţi este format din opt latch-uri, patru de tip master, patru de tip slave (adică patru bistabili master-slave de tip D), conectate în cascadă

Datorită modului de interconecatre a celor patru bistabili şi a aplicării ceasului simultan întregul ansamblu comută astfel:

DINn = Q0

n+1 , Q0n = Q1

n+1 , Q1n = Q2

n+1, Q2n = Q3

n+1= DOUTn+1, deci DOUT

n = DINn-4

Registre de deplasare paralelUn registru paralel, de stocare, reprezintă o colecţie de bistabili de tip D acţionaţi sincron de un semnal de ceas. Funcţia principală a unui registru paralel este aceea de stocare temporară a unor configuraţii binare într-o zonă uşor accesibilă prelucrării, este o memorie al cărei conţinut are o dinamică puternică.

Seriile uzuale de circuite integrate conţin registre cu un număr de patru până la opt celule de memorare.

Registre mixteRealizează deplasarea datelor atât serie cât şi paralelExemplu: circuitul 74194 care poate realiza atât deplasarea serie de la stânga la dreapta, deplasarea serie de la dreapta la stânga şi încărcarea paralel, în funcţie de codul de selecţie a intrărilor S0 S1. Se analizează funcţionarea circuitului

D0 Q0

CLK

D1 Q1

CLK

D2 Q2

CLK

D3 Q3

CLK

DIN

CLK

DOUT

CLK D

Q

I0

Q0

CLK D

Q

I1

Q1

CLK D

Q

In

Qn

CLK

Page 41: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Sugestii metodologice

CUM?- conversaţie euristică, problematizare, explicaţie, observaţie dirijată.

Se folosesc şi fişele suport 1.1, 2.1, 2.2, 4.2 ( funcţii logice, porţi logice, bistabilul de tip D) pentru schema de principiu a unui registru de deplasare şi pentu analiza funcţionării circuitului 74194.

- Exerciţii de tipul: prezentaţi nivelul ieşirilor registrului de deplasare ........ după 2 ( 3, 4,5,etc.) impulsuri de ceas dacă la intrare se aplică secvenţa 11001011.......Se specifică tipul registrului ( serie, paralel sau mixt) şi se dă codul de selecţie a funcţionării pentru registrele de deplasare mixtă.

- lucrare practică de laborator Studiul registrelor de deplasare- frontal şi/sau pe grupe- Se poate face un mini proiect cu tema Utilizările registrelor de

deplasare în automatizări

CU CE?- fişe retroproiector, videoproiector sau tablă SMART- tipuri de registre de deplasare (8T10, 74194, etc.)- machetă experimentală de laborator pentru studiul

registrelor de deplasare- soft pentru simularea funcţionării registrelor de deplasare- cataloage de circuite electronice digitale

UNDE?- în laboratorul de electronică digitală

Q

CLK CL

I0(3)

Q

CLK CL

I1(4)

Q

CLK CL

I2(5)

Q

CLK CL

I3(6)S0 (9)

S1(10)

RI(2) LI(7)

Q3(12)(RO)

Q1(14) Q2(13)Q0(15)(LO)

CLK(11)

)1(CL

41

Page 42: Circuite logice integrate in automatizari.doc

Unitatea de învăţământ __________________

Fişa rezumat

Clasa ________________ Profesor______________________

Nr. Crt.

Nume şi prenume

elev

Competenţa 1 Competenţa 2 Competenţa 3ObservaţiiA 1 A 2 A X A 1 A 2 A 3 A 1 A 2 A 3

1 zz.ll.aaaa1

234...Y

1 zz.ll.aaaa – reprezintă data la care elevul a demonstrat că a dobândit cunoştinţele, abilităţile şi atitudinile vizate prin activitatea respectivă

Page 43: Circuite logice integrate in automatizari.doc

V. Bibliografie

1. Gheorghe M. Ştefan, Ioan V. Drăghici, Tiberiu Mureşan, Eneia Barbu, (1983), Circuite integrate digitale, Bucureşti: Editura didactică şi pedagogică

2. Albu, Ion. (2008). Componente electronice. La www.unsite.ro/pag.html, 3. Decodificatoare, codificatore, multiplexoare la www.utm.md4. www.ee.tuiasi.ro 5. John F. Wakerly, ( 2002), Circuite digitale, principiile şi practicile folosite în

proiectare, editura TEORA6. www.allaboutcircuits.com/ vol_4


Recommended