Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 - Εργασίες

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
ΨΗΦΙΑΚΩΝ
ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6
ΣΕΛ. 156

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΕΛ. 156

n ΕΡΓΑΣΙΑ 1
n ΕΡΓΑΣΙΑ 2

12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708 2

ΕΡΓΑΣΙΑ 1
n Μια αντλία χρησιμοποιείται για το αυτόματο
γέμισμα μιας δεξαμενής υγρού σε μια βιομηχανία.
Δυο αισθητήρες (sensors) SA και SB ελέγχουν τη
στάθμη του υγρού μέσα στη δεξαμενή : ο
αισθητήρας SA δίνει «1» όταν η στάθμη υπερβεί τη
μέγιστη επιτρεπόμενη στάθμη και ο αισθητήρας SB
δίνει «1» όταν η στάθμη πέσει κάτω από την
ελάχιστη επιτρεπόμενη στάθμη.
n Να σχεδιάσετε ένα ψηφιακό κύκλωμα ελέγχου της
λειτουργίας της αντλίας χρησιμοποιώντας ένα
μανταλωτή.

1
ΑΝΤΛΙΑ

SA
MAX
0 LEVEL

0 MIN
LEVEL
SB
ΕΞΟΔΟΣ ΥΓΡΟΥ

1


Πιθανές ερωτήσεις.
n Σύμφωνα με τα δεδομένα τα οποία έχω :
n Με ενδιαφέρει πόσο μεγάλη είναι η δεξαμενή ;
n ΌΧΙ
n Με ενδιαφέρει το είδος του υγρού ;
n ΌΧΙ (θα με ενδιέφερε μόνο για να μπορέσω να
επιλέξω τους κατάλληλους αισθητήρες).
n Με ενδιαφέρει το είδος της αντλίας ;
n ΌΧΙ (θα με ενδιέφερε μόνο εάν ήξερα το είδος του
υγρού, και το πόσο αργά ή γρήγορα θα ήθελα να
γεμίσει η δεξαμενή).
n Με ενδιαφέρει πώς γίνεται η έξοδος του υγρού ;
n ΟΧΙ

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

«1» = ON

ΑΝΤΛΙΑ

ΕΙΣΟΔΟΣ Α SA
MAX
LEVEL
ΚΥΚΛΩΜΑ
ΜΑΝΔΑΛΩΤΗ
MIN
LEVEL
ΕΙΣΟΔΟΣ Β SB
ΕΞΟΔΟΣ ΥΓΡΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΗ
n Σας συμφέρει να χρησιμοποιήσετε
μανταλωτή με πύλες NAND ή μανταλωτή
με πύλες NOR ;


ΛΥΣΗ
n Σύμφωνα με τα
παραπάνω μπορώ να
αντικαταστήσω τους
αισθητήρες με δύο
διακόπτες.
n Μπορώ να οδηγήσω τις
εξόδους των διακοπτών
στο κύκλωμα μου.


ΛΥΣΗ
n Ας υποθέσουμε ότι η δεξαμενή είναι γεμάτη με υγρό
μέχρι 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 θα
πρέπει να είναι «0».
n Όταν η στάθμη του υγρού θα πέσει κάτω από την
ελάχιστη στάθμη τότε ο SB=«1».
n Και όταν η στάθμη του υγρού θα περάσει την
μέγιστη τότε ο SA=«1».
n Και φυσικά δεν μπορούν να είναι και οι δύο
αισθητήρες «1».


ΛΥΣΗ.
Φτιάχνω τον πίνακα αληθείας.
Y Pump
SA Max level SB Min level
(Αντλία)
0 0 0 (OFF)

0 1 (under) 1 (ON)

1 (over) 0 0 (OFF)

1 1 Χ


ΛΥΣΗ
n Συγκρίνω τον πίνακα μου. Σύμφωνα με τους
πίνακες αληθείας των μανταλωτών και έχω :

NAND
S R Q Qa ΛΕΙΤΟΥ
0 0 1 1 Μη χρησιμοποιούμενη
0 1 1 0 Θέση
1 0 0 1 Μηδενισμός
1 1 0 1 S=1 & R=0
1 1 1 0 S=0 & R=1

Κύκλωμα με NAND ;
n Από την σύγκριση των δύο πινάκων
παρατηρώ ότι ΔΕΝ μπορώ να
χρησιμοποιήσω μανταλωτή με πύλες NAND
γιατί η κατάσταση S=«0» και R=«0» ΔΕΝ
χρησιμοποιείται.
n Άρα θα πρέπει να δοκιμάσω με πύλες NOR.


Δοκιμάζοντας το κύκλωμα

Το κύκλωμα του
μανταλωτή με
πύλες NAND ΔΕΝ
μπορεί να κάνει
την δουλεία μου.


ΛΥΣΗ
n Συγκρίνω τον πίνακα μου. Σύμφωνα με τους
πίνακες αληθείας των μανταλωτών και έχω :

NOR
S R Q Qa ΛΕΙΤΟΥ
0 0 0 1 S=0 & R=1
0 0 1 0 S=1 &R=0
0 1 0 1 Μηδενισμός
1 0 1 0 Θέση
1 1 0 0 Μη χρησιμοποιούμενη

Κύκλωμα με NOR ;
n Από την σύγκριση των δύο πινάκων
παρατηρώ ότι μπορώ να χρησιμοποιήσω
μανταλωτή με πύλες NOR γιατί η κατάσταση
S=«0» και R=«0» χρησιμοποιείται.
n Ενώ η κατάσταση S=«1» και R=«1» δεν
χρησιμοποιείται, αλλά δεν με ενδιαφέρει
γιατί ποτέ δεν πρόκειται οι δύο αισθητήρες
να δώσουν κατάσταση «1».



Το κύκλωμα του
μανταλωτή με
πύλες NOR
μπορεί να κάνει
την δουλεία μου.


ΕΡΓΑΣΙΑ 2
n Μια από τις εφαρμογές των flip – flops είναι
η σχεδίαση διαιρέτη συχνότητας.
n Μπορούμε να διαιρέσουμε τη συχνότητα των
παλμών ενός ρολογιού με οποιαδήποτε
δύναμη του 2, χρησιμοποιώντας το
κατάλληλο πλήθος J – K flip – flops με την
ακόλουθη συνδεσμολογία :


ΕΡΓΑΣΙΑ 2
n Συνδέουμε n flip – flops έτσι ώστε η έξοδος
κάθε flip – flop να τροφοδοτεί την είσοδο CP
(clock) του επόμενου flip – flop (οι είσοδοι J
και K όλων των flip – flops είναι «1»).
n Αν οι παλμοί ενός ρολογιού clock
εφαρμόζονται στην είσοδο CP του πρώτου
flip – flop, τότε η έξοδος του τελευταίου flip –
flop έχει συχνότητα ίση με το 1/2n της
συχνότητας των παλμών ρολογιού clock.

ΕΡΓΑΣΙΑ 2
n Να σχεδιάσετε, σύμφωνα με την παραπάνω
συνδεσμολογία, ένα κύκλωμα διαιρέτη
συχνότητας χρησιμοποιώντας τρία (3) J – K
flip – flops που διεγείρονται με το αρνητικό
μέτωπο του παλμού του ρολογιού τους.
n Να σχεδιάσετε τις κυματομορφές των
παλμών του ρολογιού clock και των εξόδων
των J – K flip – flops για να διαπιστώσετε ότι
το κύκλωμα λειτουργεί ως διαιρέτης
συχνότητας.

ΛΥΣΗ
n Σύμφωνα με τον πίνακα
αληθείας όταν οι J K Q(n+1)
είσοδοι ενός J – K flip –
0 0 Q(n)
flop πάρουν και οι δύο
τιμή «1» το flip – flop 0 1 0
αλλάζει κατάσταση
1 0 1
συνεχώς με κάθε
αλλαγή του παλμού _
ρολογιού στην 1 1
Q(n)
ανάστροφή κατάσταση
από ότι ήταν πριν.

ΛΥΣΗ
n Και επειδή διεγείρονται με το αρνητικό
μέτωπο του παλμού τα flip – flop αλλάζουν
όταν ο παλμός κατεβεί από το «1» στο
«0».

1
0


Το κύκλωμα


Κυματομορφές
CLOCK

Q1

Q2

Q3

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


ΛΥΣΗ
n Από τις κυματομορφές παρατηρούμε ότι :
n Αν t είναι η περίοδος του σήματος του
ρολογιού (CLOCK) τότε :
n Η περίοδος ΤQ1 του σήματος εξόδου του
πρώτου flip – flop Q1 είναι : TQ1=2*t.
n Η περίοδος TQ2 του σήματος εξόδου του
δεύτερου flip – flop Q2 είναι : TQ2=2*TQ1.
n Η περίοδος TQ3 του σήματος εξόδου του
δεύτερου flip – flop Q2 είναι : TQ3=2*TQ2.


ΛΥΣΗ
n Άρα τελικά η περίοδος του σήματος εξόδου του Q3
είναι : TQ3=2*2*2*t = 23*t.
n Η συχνότητα του σήματος εξόδου δίνεται από τον
τύπο : 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 16
φορές μικρότερη από αυτήν του σήματος εισόδου
(CLOCK), πραγματοποιήθηκε διαίρεση συχνότητας.


Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 - Εργασίες

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 - Εργασίες

Similar to Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 - Εργασίες (11)

More from Theodoros Leftheroudis

More from Theodoros Leftheroudis (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (13)

Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ 6 - Εργασίες