Casarin Nicola maggio 2009 Ferrari Marco Perazzolo Fabio

Classe 3BT

CONTATORE ASINCRONO MODULO 100

Ipotesi del progettoTramite l'integrato NE 555 viene generato un segnale di clock; gli impulsi che ne escono vengono contati dal74LS93 e trasmessi al 74LS47 che a sua volta decodifica l'impulso da binario in modo che nel display a sette segmentiquesto sia visualizzato adeguatamente. Gli impulsi vengono contati da 0 a 99 quindi si tratta di un contatore modulo100.

Tesi progettoPer prima cosa il circuito deve generare il clock, ossia l'onda quadra, con il timer NE555. Il clock si generacollegando il piedino RESET a +Vcc, il DISCH al trimmer per regolare la frequenza e i piedini TRIG eTHRES tra la R17 e C1 da 1µF. Il condensatore da 1µF serve per la squadratura dell'onda, infatti se sidiminuisce la capacità del condensatore C1, questo ci mette meno a caricarsi e la frequenza del clock risultamaggiore, l'effetto contrario si ha se si aumenta la capacità di C1. Infine il piedino CONT va collegato alcondensatore C2 da100nF.I contatori asincroni utilizzati sono due 74LS93. Il clock che esce dall'NE555 entra nel primo contatore e ilsegnale che proviene dall'uscita del bit più significativo serve come clock per il secondo contatore. In questocaso il conteggio per entrambe i contatori viene troncato quando in uscita si ha il numero 10(che non verràvisualizzato) in binario, quindi il circuito può contare da 0 a 99 ossia a modulo 100. Il contatore è un circuitosequenziale, cioè con elementi di memoria, in questo caso il 74LS93 è formato da 4 flip-flop JK e da unaporta NAND. Nell'integrato tre di questi flip-flop sono già collegati fra loro, mentre uno bisogna collegarlo.Per azzerare il contatore c'è la porta NAND con l'uscita collegata ai RESET dei flip-flop. Per attivarlaoccorre collegare i suoi due ingressi (MR1 e MR2) ai piedini che sono a livello alto quando in uscita c'è lacombinazione 1010 che corrisponde a 10 in binario, così viene attivata e azzera il contatore. Ci sono dunquedue modi per collegare i piedini di un contatore ottenendo lo stesso risultato:

CLOCKCLOCK

74LS93D

QA 12

QB 9

QD 11QC 8

INB1

R012

R023

INA14

74LS93D

QA 12

QB 9

QD 11QC 8

INB1

R012

R023

INA14

1

23

4

56

GENERATOREDI

CLOCKCONTATORE DECODER

DISPALYCIFRAMENO

SIGNIFICATIVA

CONTATORE DECODER

DISPALYCIFRAPIU'

SIGNIFICATIVA

BIT PIU' SIGNIFICATIVO

Per visualizzare le due cifre sul display a 7 segmenti abbiamo usato il decoder 74HC47. Questo integrato haquattro ingressi che corrispondono ai bit del numero in binario da visualizzare e altri due ingressi, RBI e LTattivi sul livello basso, che se attivati servono rispettivamente per disattivare le uscite se nei quattro ingressinon c'è nessun segnale e per fare il lamp test; siccome nel circuito non servivano sono stati disattivaticollegandoli a +Vcc. Le 7 uscite sono tutte negate quindi attive sul livello basso, perciò sono adatte per undisplay ad anodo comune.I display utilizzati sono due MAN72. Questi display sono composti da otto led (sette per visualizzare la cifra euno per il dp) tutti con l'anodo collegato tra loro, così i due anodi presenti vanno collegati a +Vcc.

Dimensionamento circuitoLe resistenze per i led dei display sono state dimensionate perché passi una corrente di 10mA tenendo contoche l'alimentazione è di 5V e le tensione d soglia dei led è di circa 1,6V con il seguente calcolo: Vcc=R*I+Vγ R=(Vcc-Vγ )/Ι (5-1,6)/0,01=340 Ohm. Viene preso il valore commercialedi 330 Ohm. Le resistenze collegate all'NE555 sono state dimensionate per avere una certa frequenza.

RealizzazioneIl circuito è stato disegnato con OrCad e poi simulato con Multisim per verificarne il funzionamento. Ilmontaggio è stato effettuato su una basetta millefori, i componenti sono stati prima saldati alla basetta inmaniera ortogonale,cercando di occupare il minor spazio possibile e facendo in modo che i componenti sianoanche raggruppati in famiglie (disposizione ottimale) e poi collegati con i fili metallici. Le distanze darispettare sono: 3mm di distanza dal bordo, 2mm di distanza da un componente e l'altro e i reofori piegati anon meno di 3mm dall'origine per fare sì che i componenti facciano contatto e che abbiano sufficiente spazioper dissipare energia.Le saldature sono state effettuate con lo stagno e in modo che siano lucide perché l'ossidazione può aumentarela resistenza dei collegamenti. Gli integrati sono inseriti su degli zoccoli per non saldarli direttamente e quindipoterli togliere facilmente. Per i led e i condensatori elettrolitici si è dovuto rispettare la polarizzazionealtrimenti i led non si accendono e i condensatori si rovinano.

CollaudoPrima di collegare il circuito all'alimentatore di banco si è controllato con il tester l'effettiva tensione (5V)fornita dell'alimentatore. Questo per avere la sicurezza che l'imprecisione di quest'ultimo non causasse dannidi sovralimentazione. È stato poi alimentato il circuito. La frequenza del clock che determina la velocità divariazione della cifra sul display è stata regolata a piacere attraverso il trimmer (minore resistenza, maggiorevelocità) e si è verificato la giusta sequenza del contatore.

ConsiderazioniIn questo progetto il numero superiore di componenti ha reso più difficoltosi i collegamenti dei vari piedini.Mentre la presenza di condensatori elettrolitici ha causato un' attenzione particolare alla disposizione deglistessi. Un aspetto su cui abbiamo puntato molto è stata la disposizione degli integrati. Si è cercato di tenere lastruttura il più compatta possibile e di facile interpretazione e lettura riducendo però la semplicità deicollegamenti. La struttura è stata realizzata nel minor spazio possibile per motivi pratici. I collegamenti sulretro della scheda hanno seguito una logica di colori: bianco-GND; rosso-VCC; blu-collegamenti tra i varicomponenti. Questo per rendere più facile il lavoro di controllo in caso di errori. Il circuito cerca nel suoinsieme il massimo della funzionalità in conformità con la logica progettuale comune. Tutti gli accorgimentipresi sono stati fatti più per proiettarsi nell'ottica di un'ipotetica commercializzazione del dispositivo. Nel circuito si sarebbe potuto sostituire il blocco di componenti che genera il clock, che comprende l'NE555,con un circuito costituito da 2 porte NOT, un condensatore e 2 resistenze:

Se il contatore fosse stato sincrono, ossia con un clock comune per i FFJK, e solo per modulo 10 sarebberostati necessari 4 FFJK e 4 porte NAND.

RS

Denominazionecomponente

Quantità complessiva Codice articolo Prezzo cadauno Prezzo complessivo

Resistenza 1,2 kOhm1/4W

1 386569 0,03€ 0,03€

Resistenza 330 Ohm1/4W

14 386669 0,03€ 0,42€

Resistenza 10 kOhm1/4W

1 386759 0,03€ 0,03€

Trimmer 220 kOhm1/4W

1 473483 0,28€ 0,28€

Condensatore 100 nF 4 824294 0,38€ 1,52€

Condensatore 1 uF 1 117987 0,67€ 0,67€

Condensatore 10 uF 1 216665 0,84€ 0,84€

MAN72 2 527721 0,95€ 1,90€

NE555 1 268052 0,37€ 0,37€

74LS47 2 307581 1,59€ 3,18€

74LS93 2 307626 1,35€ 2,70€

Zoccolo 8 piedini 1 403998 0,08€ 0,08€

Zoccolo 14 piedini 4 403551 0,10€ 0,40€

Zoccolo 16 piedini 2 402863 0,12€ 0,24€

Basetta millefori 1 533279 4,10€ 4,10€

Prezzo complessivo = 16,86€

74LS04D 74LS04D

R3

1kΩ

R4100Ω

VCC5V

6

5

VCC

C

50uF

7

8

74LS73D

1J14

1CLK11Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

74LS73D

1J14

1CLK11Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

74LS73D

1J14

1CLK11Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

74LS73D

1J14

1CLK11Q 12

1K3

~1CLR2

~1Q 13

VCC5V

24

1

5

6 7

3

8

VCC

CLOCK

pecafe@hotmail.it