Cel ćwiczenia:

- poznanie podstawowych elementów elektronicznej techniki cyfrowej stosowanych w układach przełączających sekwencyjnych, tj.: przerzutników, liczników, rejestrów

- poznanie metod komputerowego wspomagania projektowania i symulowania schematów obwodów cyfrowych

Zakres niezbędnych wiadomości teoretycznych:

Obejmuje:

a) dwuelementową algebrę Boole'a,

b) podstawowe wiadomości o funkcjach logicznych,

c) minimalizację funkcji logicznych metodą Karnaugha,

d) definicję, schematy strukturalne oraz zasady syntezy układów sekwencyjnych (głównie z niejednoznacznością typu pamięciowego),

e) symbolikę i umiejętność rysowania schematów logicznych.

Opis stanowiska lab:

Ćwiczenie realizowane jest przez studentów za pomocą komputera PC z oprogramowaniem komputerowego wspomagania projektowania obwodów elektronicznych Electronics Workbench EDA.

Program ten umożliwia za pomocą symboli łączyć ze sobą na schemacie zarówno kombinacyjne jak i sekwencyjne elementy elektroniczne w standardzie CMOS i TTL oraz elementy wykonawcze. Program pozwala na symulowanie zaprojektowanych układów, podgląd przebiegów czasowych oraz analizę działania układu.

Opis funkcji programu „Electronics Workbench”

Przy starcie systemu należy zalogować się jako gość. Po uruchomieniu programu ukazuje się gotowe do pracy okno symulatora. U góry w menu znajdują się biblioteki tematycznie pogrupowanych elementów, z których składany będzie model. Dla potrzeb przeprowadzenia ćwiczenia wykorzystywane będą tylko niektóre z nich.

Sygnały wejściowe zadawane będą przy użyciu grupy elementów składającej się z masy źródła napięcia i przełącznika podłączonych jak na rysunku poniżej. Grupę elementów można zaznaczyć i skopiować używając znanych skrótów klawiszowych. Elementy można obracać przez wciśniecie kombinacji klawiszy: „ctrl+r”. Klikając dwukrotnie na którykolwiek z elementów uzyskujemy dostęp do edycji jego parametrów. W oknie edycji przełącznika można w zakładce „value” wprowadzić klawisz przełączający dany klucz (np.: 1, 2, 3...), który po w ciśnięciu będzie zmieniał stan sygnału na wejściu. W ten sposób każdy z sygnałów wejściowych sterowany będzie niezależnie przez inny klawisz.

Rys 1. Przykładowy ekran programu Electronics Workbench

Inne elementy przydatne w tym ćwiczeniu znajdują się w menu „Logic Gates” i „Indicators”. Wszystkie łączy się w bardzo intuicyjny sposób, przeciągając linię sygnałową z jednego punktu zaczepu do innego. Czasami konieczne jest skrzyżowanie przewodów. Najlepiej jest zrobić to przez przeciągnięcie linii od elementu do przewodu (nie na odwrót). Wtenczas węzeł wstawiony będzie automatycznie. Można go również wstawić ręcznie z menu „Basic”. W oknie właściwości każdej z bramek (za wyjątkiem NOT) możliwe jest zwiększenie liczby wejść. Tym samym mamy do dyspozycji również bramki wielo wejściowe. Kontrolek używamy w celu sprawdzenia stanów na wyjściach zamodelowanego układu. Mogą one posłużyć również do wskazania aktualnego stanu na dowolnym przewodzie. Chcąc przeprowadzić symulację należy ją aktywować przy użyciu przełącznika w górnym prawym rogu okna programu.

Przebieg ćwiczenia:

Za pomocą programu Electronics Workbench EDA:

a) zbudować przerzutnik R-S

- Sprawdzić jego działanie, a wyniki zamieścić w tablicy wartości funkcji,

b) za pomocą układu z punktu a) zbudować i przebadać:

- przerzutnik R-S z wejściem taktującym,

- przerzutnik D,

- wyniki badania zamieścić w tablicy wartości funkcji,

c) zbadać działanie 4-bitowego licznika asynchronicznego (zliczającego impulsy od 0 do 15);

- wynik sprawdzenia przedstawić w postaci wykresu czasowego,

d) Zrealizować za pomocą elementów kombinacyjnych i sekwencyjnych układ działający według wytycznych prowadzącego.

- schemat i wyniki badania zamieścić w postaci tablicy wartości

Sprawozdanie:

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

- schematy ideowe układów zrealizowanych w trakcie ćwiczenia,

- wykresy czasowe i opisy słowne działania układów,

- wnioski indywidualnie do każdego układu.

Politechnika Poznańska

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Podstawy Automatyki - laboratorium

Ćw. 3: Układy sekwencyjne elektroniczne

---