Laboratorium Podstaw Elektroniki i Miernictwa
Badanie układów dekodera i kodera binarnego
Rok: Kierunek:	data wykonania ćwiczenia:	data oddania sprawozdania:	Wykonał:

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

- zbadanie operacji dekodowania liczników elektronicznych

- zbadanie operacji kodowania i konwersji kodowej

Teoria

Liczniki elektroniczne liczą w sposób binarny prosty lub w innej zmodyfikowanej formie binarnej. Proces konwersji z postaci binarnej do dziesiętnej nosi nazwę dekodowania. Taka konwersja wykorzystuje bramki typu AND, której wejścia odpowiadają stanowi zliczania licznika. Ponieważ dzielący przez N licznik ma N stanów, każde zliczanie może być dekodowane przez bramkę AND i bramki NAND potrzebne do dekodowania wszystkich stanów licznika. Dla przykładu dwustanowy binarny licznik przedstawiony na Rys.1 dzieli przez 4 i ma 4 stany zliczania. Do dekodowania wszystkich czterech stanów wymagane są 4 dwuwejściowe bramki AND. W przypadku, kiedy cała pojemność k-stanowego binarnego licznika (=2^k) jest wykorzystana, dekodowanie wszystkich stanów zliczania wymaga 2^k bramek z K wejściami dla każdej bramki. Kiedy pojemność zliczania k-stanowego licznika jest zredukowana do wartości N, N bramek (jedna dla każdego stanu zliczania) jest niezbędnych to dekodowania N stanów zliczania, a wynika to z simplifikacji dekodowania.

Rys. 1 Dwustanowy binarny licznik i jego dekodowanie

Kodowanie jest operacją odwrotną do dekodowania. Kod binarny jest generowany dla każdej danej wartości dziesiętnej. Kodowanie wymaga operacji OR (bramka typu OR) dla każdego bitu kodu wyjściowego. Wejścia do bramki OR są zdeterminowane poprzez wymagane wartości dziesiętne na wyjściu. Czasami występuje sytuacja, kiedy konieczne jest przekształcenie informacji zapisanej w jednym kodzie binarnym na inny.

Wyposażenie stanowiska ćwiczeniowego

- oscyloskop cyfrowy (sprzężenie dc);

- zasilacz prądu stałego +5 V;

- układy: 7404 (NOT); 2x 7420 (podwójna czterowejściowa bramka NAND); dekoder kodu BCD-dziesiętny 7441/74141; BCD-siedmio-segmentowy display driver 7447; przerzutnik J-K 7476; licznik dziesiętny 7490; siedmio-segmentowy wyświetlacz LED MAN71A/MAN72A;

- zestaw przełączników;

- rezystory 680 Ohm, 5.6KOhm;

- generator fali prostokątnej +5 V, 10 kHz lub impuls pojedynczy 50 s.

Przebieg ćwiczenia

1. Dekodowanie

2-stanowy licznik binarny

Rys. 1 2-stanowy licznik binarny - bramka dekodująca

- połączyć układ według Rys.1

- zaobserwować przebiegi na ekranie oscyloskopu, a następnie je odwzorować według następującego porządku:

1 przebieg z wyjścia A

2 przebieg z wyjścia

3 przebieg z wyjścia B

4 przebieg w wyjścia

Dla kolejnych przebiegów pin 4 i pin 5 bramki NAND 7420 jest niepodłączony

5 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście
połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście
połączyć z pinem 2 bramki NAND

6 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście A połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście
połączyć z pinem 2 bramki NAND

7 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście
połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście B połączyć z pinem 2 bramki NAND

8 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście A połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście B połączyć z pinem 2 bramki NAND

Licznik Mod-3

W tej części ćwiczenia stany na wyjściu licznika będą dekodowane dla każdego stanu oraz operacja dekodowania będzie badana z uwagi na możliwy nadmiar.

Rys. 2 Licznik Mod-3 - bramka dekodująca

- połączyć układ według Rys.2

- zaobserwować przebiegi na ekranie oscyloskopu, a następnie je odwzorować według następującego porządku:

1 przebieg z wyjścia A

2 przebieg z wyjścia

3 przebieg z wyjścia B

4 przebieg w wyjścia

Dla kolejnych przebiegów pin 4 i pin 5 bramki NAND 7420 jest niepodłączony

5 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście
połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście
połączyć z pinem 2 bramki NAND

6 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście A połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście
połączyć z pinem 2 bramki NAND

7 przebieg na wyjściu bramki NAND (pin 6), gdzie wyjście
połączyć z pinem 1 bramki NAND, a wyjście B połączyć z pinem 2 bramki NAND

W oparciu o uzyskane wyniki uzupełnić poniższą tabelę

Tabela 1.

zliczanie	Stan licznika Wejścia bramki NAND	wymagane wejścia
0
1
2

Licznik BCD z dekoderem dziesiętnym

Układ 7490 jest dziesiętnym licznikiem kodu NBCD. Wyjścia NBCD to D,C,B i A (Rys.3). Układ 7441A jest dziesiętnym dekoderem kodu NBCD. Wejścia NBCD to D,C,B i A oraz dziesiętne wyjścia są zapętlone. Układ 7441 ma wyjścia z otwartym kolektorem umożliwiające dołączanie kolejnych układów.

Połączyć układ według Rys. 3.

Rys.3 Licznik dziesiętny i dekoder dziesiętny

Celem przeprowadzenia ćwiczenia wykonać kolejno:

- ustawić generator do pracy z pojedynczym impulsem

- połączyć rezystor 5.6 kOhm i wejście oscyloskopu do wyjścia 5 układu 7441A (pin 14)

- zresetować układ 7490 poprzez połączenie pinów 2 i 3 do zasilania +5 V na chwilę poczym powrócić do ustawienia pinów 2 i 3 na pozycję zero

- zmierzyć napięcie na pinie 14 układu 7441A i zastosować pojedynczy impuls z generatora fali prostokątnej

- napięcie na wyjściu 5 powinno się zmienić po piątym impulsie, po czym zastosować impulsy kolejne 6,7,8 i 9

- wyjścia (stan napięciowy) dla impulsów 6,7,8 i 9 powinny być takie same jak dla impulsów 0 - 4

- powtórzyć poprzednie czynności dla wyjścia 7 (pin 10)

- podłączyć rezystor 5.6 kOhm do pinu 10 układu 7441A

- zmienić wyjście generatora fali prostokątnej na częstotliwość 10 kHz. Połączyć rezystor 5.6 kOhm i oscyloskop do każdego (po kolei) z wyjść dziesiętnych dekodera 7441A. Zaobserwowane przebiegi naszkicować poniżej

2. kodowanie dziesiętne

Każdy z układów zastosowanych w tej części ćwiczenia wymaga zasilania Vcc=+5 V na pinie 14 i zera na pinie 7

Rys. 4 Koder dziesiętny dla liczb dziesiętnych od 0 do 5

Zmierzyć napięcie na wyjściach D,C,B,A i skompletować poniższą Tabelę 2

Wartość Dziesiętna	POŁOŻENIE PRZEŁĄCZNIKA						D	C	B	A
		0	1	2	3	4					5
0	+5	0	0	0	0	0
1	0	+5	0	0	0	0
2	0	0	+5	0	0	0
3	0	0	0	+5	0	0
4	0	0	0	0	+5	0
5	0	0	0	0	0	+5

Licznik BCD z wyświetlaczem LED 7-mio segmentowym

Aby wyświetlacz 7-mio segmentowy mógł zadziałać konieczne jest dekodowanie wejść NBCD na kod dziesiętny, a następnie zakodowanie wartości dziesiętnych na kod siedmio-segmentowy. Takie działanie wykonuje układ 7447. Układ 7447 posiada wyjścia o otwartym kolektorze zdolne do wytworzenia prądu potrzebnego do „zapalenia” segmentów wyświetlacza LED , posiadającego wspólna anodę.

- połączyć układ według poniższego schematu (Rys. 5)

Rys.5 Licznik dziesiętny z 7-mio segmentowym wyświetlaczem LED.

- ustawić LT (7447) na napiecie zasilania +5 V

- ustawić generator na pojedynczy impuls

- zresetować licznik do zera z kontrolą R0. sprawdzić wyświetlacz przez podłączenie LT do masy (zera). Wszystkie segmenty wyświetlacza powinny się „świecić”. Przełączyć LT (7447) na zasilanie +5 V

• generować impulsy generatora ręcznie z interwałem 1 sekundy i zapisać stany wyświetlacza

Rezultaty

W oparciu o wyniki zapisane w Tabeli 2 uzupełnić Tabelę 3 używając „1” i „0” logicznego dla stanów na wyjściach D,C,B,A („1” >2.5 V; „0” <0.5 V)

Tabela 3

Wartość dziesiętna	D	C	B	A
0
1
2
3
4
5

Dyskusja

1. Trójstanowy licznik binarny jest pokazany na Rys.6. Narysować logiczny diagram (dekodujące bramki z wymaganymi wejściami) pokazujący jak dekodować liczbę 5 i 6. Dekodujące wyjścia powinny być w stanie logicznym 1.

Rys. 6. 3-stanowy licznik binarny

---