Praktikum - Digitalna tehnika

JU MJEŠOVITA SREDNJA ELEKTROTEHNIĈKA ŠKOLA TUZLA

PRAKTIKUM za internu upotrebu

LABORATORIJSKE VJEŢBE IZ DIGITALNE TEHNIKE

Omerdić Jasmina & Zulfić Edin

Tuzla, Septembar 2010. godine

PRAKTIKUM DIGITALNA TEHNIKA

2

U pripremi ovog praktikuma vodili smo se idejom da na što lakši i što jednostavniji naĉin uĉenicima pribliţimo materiju

koja se izuĉava. Praktikum je osmišljen tako da u potpunosti prati Nastavni plan i program predmeta Digitalna tehnika za

treći razred JU Mješovite srednje elektrotehniĉke škole u Tuzli i kao takav sluţi samo za internu upotrebu unutar

spomenute škole. U njemu se nalazi 14 laboratorijskih vjeţbi koje su osmišljene tako da uĉenicima na jednostavan i

praktiĉan naĉin omoguće što lakše uĉenje i shvatanje karakteristika, osobina i funkcija rada pojedinih elemenata u

digitalnoj tehnici. Sve vjeţbe su odraĊene u Multisim Elektronic Workbench-u verzija 7 te kao uvodna vjeţba biće

objašnjene osnovne osobine softvera te gdje se nalaze pojedini elementi.


3

Cilj vježbe:

Upoznati se sa radom i funkcijom programa Multisim7

U nekoliko slika pokazaćemo kako izgleda Multisim7. U njegove mogućnosti ovom prilikom nećemo ulaziti

detaljno jer će se taj dio odraĊivati za vrijeme nastave ali je veoma bitno da uĉenici budu upoznati sa okruţenjem koje ih

oĉekuje u radu.

Klikom na bilo koju ikonu na traci sa alatima otvara se sljedeći prozor gdje moţemo odabrati komponente koje se nalaze u

našoj bazi.

LABORATORIJSKA VJEŽBA 0

MULTISIM 7


4

Recimo da nam treba neki element TTL strukture kliknuli bismo na tu grupu i sa desne strane će biti izlistan sadrţaj grupe

sa simbolima i osnovnim pojašnjenjima.

Kao što se vidi sa slike odabran je TTl sklop 7408N koji se sastoji od 4 dvoulazna I kola. Na analogan naĉin dolazi se i do

ostalih komponenata koje su potrebne za realizaciju nekog konkretnog zadatka. Za detaljna objašnjenja bi nam trebalo puno

vremena i prostora, tako da ćemo zajedno sa uĉenicima otkrivati mogućnosti uporedo sa radom na rješavanju problema.


5

Na slici sa lijeve strane nalazi se traka sa instrumentima gdje su

izdvoje instrumenti koje ćemo najĉešće koristiti tokom naših

simulacija.


6

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa osnovnim, univerzalnim i ostalim logiĉkim kolima, njihovim simbolima, naĉinima spajanja u

sloţeno logiĉko kolo te njihovim karakteristikama i osobinama.

Zadatak 1.

Spojiti kola kao na slici te popuniti tabelu stanja logiĉkog kola.

Zadatak 2.

U Multisim-u 7 odabrati proizvoljno i spojiti neka od preostalih logiĉkih kola analogno kao u prvom zadatku te popuniti

njihove tabele stanja te nacrtati simbole za ta logiĉka kola.

Naziv kola

Naziv kola

Naziv kola

Naziv kola

Naziv kola

IC serija IC serija IC serija IC serija IC serija

A B Y A B Y A B Y A B Y A B Y

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Simbol Simbol Simbol Simbol Simbol

Algebarski izraz Algebarski izraz Algebarski izraz Algebarski izraz Algebarski izraz

Zadatak 3.

Koristeći Multisim 7 i logiĉka kola realizovati sljedeće funkcije te nacrtati šeme spoja i napisati tabele istine za funkcije:

,

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1


OSNOVNA, UNIVERZALNA I OSTALA LOGIČKA KOLA


7

Funkcija Funkcija Funkcija Funkcija

A B Y1 A B Y2 A B Y3 A B Y4

0 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1

Šema spoja Šema spoja Šema spoja Šema spoja

Zadatak 4.

Za spoj sa slike popuniti tabelu stanja u svim odabranim taĉkama

A B C D Y1 Y2 Y3 Y4 Y

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1


8

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa univerzalnošću logiĉkih kola NI i NILI. Pokazati da se sa univerzalnim logiĉkim kolima

moţe realizovati bilo koje osnovno logiĉko kolo.

Zadatak 1.

Za spojeve sa slika popuniti tabele stanja za sve kombinacije i na osnovu stanja na izlazu odrediti o kojim se logiĉkim

kolima radi.

A Y

0

1

Logiĉko kolo

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Logiĉko kolo

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Logiĉko kolo


UNIVERZALNOST LOGIČKIH KOLA „NI“ I „NILI“


9

Zadatak 2.

Analogno kao u prethodnom sluĉaju za spojeve sa slika popuniti tabele stanja za sve kombinacije i na osnovu stanja na

izlazu odrediti o kojim se logiĉkim kolima radi.

Zadatak 3.

Nacrtati logiĉku šemu za obavljanje logiĉke funkcije te pripadajuću joj tabelu stanja. TakoĊe korištenjem

DeMorganove tereme i prethodnih zadataka realizovati sklop koji obavlja istu logiĉku funkciju samo pomoću NI logiĉkih

kola.

A Y

0

1

Logiĉko kolo

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Logiĉko kolo

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Logiĉko kolo


10

Zadatak 4.

Nacrtati logiĉku šemu za obavljanje logiĉke funkcije te pripadajuću joj tabelu stanja. TakoĊe korištenjem

DeMorganove teoreme i prethodnih zadataka realizovati sklop koji obavlja istu logiĉku funkciju samo pomoću NILI

logiĉkih kola.


11

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa dobijanjem optimalnih rješenja sloţenih logiĉkih funkcija.

Zadatak 1.

Izvršiti realizaciju, analizu, sintezu, minimizaciju i realizaciju minimalne forme sloţene logiĉke funkcije date izrazom

Y = ________________________________________________

Realizovati sloţenu logiĉku funkciju upotrebom logiĉkih kola

A B C D


MINIMIZACIJA SLOŽENIH LOGIČKIH FUNKCIJA


12

Analiza i sinteza sloţene logiĉke funkcije upotrebom kombinacione tabele

A B C D Y

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

Ymax = ____________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

Minimizacija Karnoovom mapom

Ymin = ________________ _____________________________________________


13

Realizacija minimalne forme nakon minimizacije

A B C D


14

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa naĉinom konstrukcije logiĉkih kola. Pokazati kako se to uz pomoć dioda i tranzistora mogu

ostvariti logiĉka kola.

Zadatak 1.

Za kolo sa slike napisati naponsku tabelu i tabelu istine te odrediti o kojem se logiĉkom kolu radi.

Zadatak 2.


A B Y A(V) B(V) Y(V)

0 0 0 0

0 1 0 5

1 0 5 0

1 1 5 5

Logiĉko kolo


0 0 0 0

0 1 0 5

1 0 5 0

1 1 5 5

Logiĉko kolo


LOGIČKA KOLA REALIZOVANA POMOĆU DIODA I TRANZISTORA


15

Zadatak 3.


Zadatak 4.


Zadatak 5.


A Y A(V) Y(V)

0 0

1 5

Logiĉko kolo


0 0 0 0

0 1 0 5

1 0 5 0

1 1 5 5

Logiĉko kolo


16

Zadatak 6.

Na osnovu prethodno odraĊenih zadataka realizovati pomoću dioda i tranzistora logiĉko EXILI kolo, te za realizovano kolo

napisati naponsku tabelu i tabelu istine.


0 0 0 0

0 1 0 5

1 0 5 0

1 1 5 5

Logiĉko kolo


17

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa naĉinom rada i funkcijom akumulacionih kola, naĉinom konstrukcije i dijagramima.

Zadatak 1.

Realizovati RC sklop sa slike te izvršiti simulaciju te nacrtati vremenski dijagram za sluĉaj kada je R=1kΩ i C=3μF i da je

na ulazu povorka pravougaonih impulsa te zatim ponoviti simulaciju i nacrtati vremenski dijagram ako je vremenska

konstanta 3τ i 5τ. TakoĊe izvršiti simulaciju i nacrtati dijagram kada je na ulazu sinusni signal.


AKUMULACIONA KOLA


18

Zadatak 2.

Realizovati RL sklop sa slike te izvršiti simulaciju te nacrtati vremenski dijagram za sluĉaj kada je R=3,3kΩ i L=1H i da

je na ulazu povorka pravougaonih impulsa te zatim ponoviti simulaciju i nacrtati vremenski dijagram ako je vremenska

konstanta 3τ. TakoĊe izvršiti simulaciju i nacrtati dijagram kada je na ulazu sinusni signal.


19

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa naĉinom rada i funkcijom uobliĉavaĉkih kola, naĉinom konstrukcije i dijagramima.

Zadatak 1.

Realizovati serijski diodni uobliĉavaĉ sa slike i izvršiti simulaciju te nacrtati vremenski dijagram za sluĉaj kada je V1=5V

i R1=1kΩ i da je na ulazu sinusni napon amplitude 8V. Nakon toga promjeniti polarizaciju diode te nacrtati i taj dijagram.


UOBLIČAVAČKA KOLA


20

Zadatak 2.

Realizovati paralelni diodni uobliĉavaĉ sa slike i izvršiti simulaciju te nacrtati vremenski dijagram za sluĉaj kada je

V1=5V i R1=1kΩ i da je na ulazu sinusni napon amplitude 8V. Nakon toga promjeniti polarizaciju diode te nacrtati i taj

dijagram.


21

Zadatak 3.

Realizovati tranzistorski uobliĉavaĉ sa slike i izvršiti simulaciju te nacrtati vremenski dijagram za sluĉaj kada Vcc=5V i

Rc=1kΩ i Rb=33kΩ i da je na ulazu sinusni napon i da je na ulazu sinusni napon amplitude 8V. Analizirati dijagrame

ukoliko doĊe do promjene vrijednosti otpora i amplitude signala.


22

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa naĉinom rada i funkcijom flip flopova. Pokazati naĉin konstrukcije pojedinih flip flopova te

njihove tabele stanja i vremenske dijagrame.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te napisati njegovu tabelu stanja, zatim koristeći SR flip flop potvrditi taĉnost tabele stanja za flip

flop realizovan logiĉkim kolima te nacrtati vremenski dijagram na izlazima Q i Q ako je na ulazima S i R data kombinacija

kao na slici pod pretpostavkom da je poĉetno stanje flip flopa Q=1.

S R Q

0 0

0 1

1 0

1 1

S R Q Q

0 0

0 1

1 0

1 1

S

R

Q

Q


FLIP FLOPOVI


23

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te napisati njegovu tabelu stanja a zatim analogno kao u prethodnom zadataku koristeći SRT flip

nacrtati vremenski dijagram na izlazima Q i Q ako je na ulazima S i R data kombinacija kao na slici pod pretpostavkom da

je poĉetno stanje flip flopa Q=0.

Zadatak 3.

Realizovati sklop sa slike te napisati njegovu tabelu stanja a zatim analogno kao u prethodnom zadataku koristeći D flip

nacrtati vremenski dijagram na izlazima Q i Q ako je na ulazu D data kombinacija kao na slici pod pretpostavkom da je

poĉetno stanje flip flopa Q=0.

CP S R Q Q

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

CP

S

R

Q

Q

CP D Q Q

0 0

0 1

1 0

1 1


24

Zadatak 4.

Za ivicom impulsa upravljane SR flip flopove nacrtati vremenski dijagram na izlazima Q1 i Q2 ako je na ulazima SR oba

flip flopa data kombinacija kao na slici pod pretpostavkom da je poĉetno stanje flip flopova Q=0. Uzeti u obzir da prvi flip

flop reaguje na opadajuću a drugi na rastuću ivicu signala.

CP

D

Q

Q

CP

S

R

Q1

Q2


25

Zadatak 5.

Realizovati sklop sa slike te napisati njegovu tabelu stanja a zatim analogno kao u prethodnom zadataku koristeći JK flip

nacrtati vremenski dijagram na izlazima Q i Q ako je na ulazima JK data kombinacija kao na slici pod pretpostavkom da je

poĉetno stanje flip flopa Q=1

.

CP J K Q Q

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

CP

J

K

Q

Q


26

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa naĉinom rada i funkcijom multivibratora. Pokazati naĉin konstrukcije i njihovu realizaciju

pomoću tranzistora te upoznai uĉenike sa glavnim karakteristikama dijagrama ovih kola.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike i nacrtati vremenske dijagrame monostabila.


MONOSTABIL. ASTABIL i VREMENSKI SKLOP


27

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike i nacrtati vremenske dijagrame astabila.


28

Zadatak 3.

Realizovati sklop sa slike i te nacrtati dijagrame ulaznog i izlaznog napona za monostabil realizovan

vremenskim sklopom


29

Zadatak 4.

Realizovati sklop sa slike i te nacrtati dijagrame ulaznog i izlaznog napona za astabila realizovan vremenskim

sklopom


30

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa kontrukcijom, funkcijom, vrstama i naĉinom rada registara.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te provjeriti o kojoj vrsti registra je rijeĉ te nacrtati vremenski dijagram na izlazima registra 1Q,

2Q, 3Q i 4Q ako su dati vremenski dijagrami ulaza 1D, 2D, 3D i 4D.

C

1D

2D

3D

4D

1Q 2Q 3Q 4Q

LABORATORIJSKA VJEŢBA 9

REGISTRI


31

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te provjeriti o kojoj vrsti registra je rijeĉ te nacrtati vremenski dijagram na izlazima registra 1Q,

2Q, 3Q i 4Q ako je dat vremenski dijagrami ulaza 1D.

Zadatak 3.

U teoretskoj pripremi reĉeno je da registar moţe da radi i kao brojaĉ. Jedna od tih izvedbi takozvanog prstenastog brojaĉa

data je na slici. Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na izlazima QA, QB, QC i QD.

C

1D

1Q 2Q 3Q 4Q


32

Zadatak 4.

Drugi primjer registra kao brojaĉa je tzv. Johnsonov brojaĉ. Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na

izlazima QA, QB, QC i QD.

CP

1Q 2Q 3Q 4Q

CP

1Q 2Q 3Q 4Q


33

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa kontrukcijom, funkcijom, vrstama i naĉinom rada brojaĉa.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te zakljuĉiti o kojem se sklopu radi, koja je njegova funkcija i kako radi te napisati tabelu stanja

Broj impulsa na ulazu Stanja na izlazu flip flopova

QD QC QB QA

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16


BROJAČI


34

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na izlazima flip flopova QD, QC, QB i QA.

CP

QA QB QC QD


35

Zadatak 3.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na izlazima flip flopova QD, QC, QB i QA i zakljuĉiti kojeg je

modula brojaĉ te napisati tabelu stanja tog brojaĉa.

CP

QA QB QC QD

Broj impulsa na ulazu Stanja na izlazu flip flopova

QD QC QB QA


36

Zadatak 4.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na izlazima flip flopova QD, QC, QB i QA i zakljuĉiti koja je

vrsta brojaĉa na slici.

CP

QA QB QC QD


37

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa kontrukcijom, funkcijom, vrstama i naĉinom rada kodera i dekodera.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te napisati jednaĉine stanja na izlazu te tabelu stanja sklopa.

A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 X3 X2 X1 X0


KODERI I DEKODERI


38

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te napisati jednaĉine stanja na izlazu te tabelu stanja sklopa.

A3 A2 A1 A0 Y9 Y8 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0


39

Zadatak 3.

Realizovati sklop sa slike te prouĉiti djelovanje sklopa 7445 za dekodiranje stanja dekadnog brojaĉa. Nacrtati vremenske

dijagrame na izlazu dekodera te popuniti tabelu stanja na izlazu sklopa 7445.

CP

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


40

D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Diode pokazuju

Zadatak 4.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenski dijagram na izlazu dekadnog brojaĉa.

CP

QA QB QC QD


41

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa kontrukcijom, funkcijom, vrstama i naĉinom rada multipleksera i demultipleksera.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te napisati tabelu stanja tog sklopa.

Ulaz za odabir Izlaz

S1 S0 Y


MULTIPLEKSERI I DEMULTIPLEKSERI


42

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati vremenske dijagrame na ulazima za selekciju S0, i S1 i izlazu 1Y multipleksera

74153N.

CP

A(S0) B(S1)

1Y


43

Zadatak 3.

Ispitajte djelovanje sklopa 74151 realizovanog kao na slici. Nacrtajte vremenske dijagrame na ulazu INB i izlazu Y uz

postavljeno stanje na ulazima D0-D7 po proizvoljnom izboru.

INB

Y


44

Zadatak 4.

Realizovati sklop sa slike te napisati tabelu stanja tog sklopa.

Ulazi Izlazi

E A1 A0 Y3 Y2 Y1 Y0

Zadatak 5.

Ispitajte djelovanje sklopa 74151 realizovanog kao na slici. Nacrtajte vremenske dijagrame na ulazu INA i izlazima QA,i

QB brojaĉa 74HC393 i izlazima Y0-Y3 sklopa 74HC193N.


45

CP

QA QB Y3 Y2 Y1 Y0


46

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa kontrukcijom, funkcijom i naĉinom rada memorija.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike i popuniti tabelu stanja ovog sklopa. Upoznati se sa znaĉajem ulaza WE i CS u memoriji te

provjeriti da li su redom uneseni sljedeći podaci 0016, 1116, 3316, 7716, FF16, EE16, CC16 i 8816 u memoriju na adrese 00016-

00716. Bitovi za adresiranje memorije dobiju se u ovom primjeru iz brojaĉa 7493.

Upravljaĉki

ulazi

Izlazi brojaĉa Ulazi memorije Izlazi memorije

CS WE QD QC QB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 0 X X X X X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0

X - bilo koje stanje


MEMORIJE


47

Zadatak 2.

Memorija je realizovana MOSFET tehnologijom kao na sljedećoj slici. Realizovati sklop sa slike te u tabeli stanja napisati

šta je zapisano u kojoj od lokacija.

A1 A0 D3 D2 D1 D0


48

Cilj vježbe:

Upoznati uĉenike sa karakteristikama i vrstama analogno/digitalne i digitalno/analogne konverzije.

Zadatak 1.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati dijagram koji će prikazati djelovanje D/A konvertora.


D/A I A/D KONVERZIJA


49

Zadatak 2.

Realizovati sklop sa slike te nacrtati dijagram koji će prikazati djelovanje A/D konvertora.


50

Zadatak 3.

Realizovati sklop sa slike te zabiljeţiti izlazna stanja A/D konvertora za vrijednosti ulaznih napona 0mV, 10mV, 20mV,

30mV, 40mV, 50mV, 60mV, 70mV, 80mV i 90mV, te takoĊer nacrtati vremenski dijagram na ulazu SOC i izlazu EOC

sklopa ADC.

Uul (mV) B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0


51


MULTISIM 7 ........................................................................................................................................................................... 3


OSNOVNA, UNIVERZALNA I OSTALA LOGIĈKA KOLA .............................................................................................. 6


UNIVERZALNOST LOGIĈKIH KOLA „NI“ I „NILI“ ......................................................................................................... 8


MINIMIZACIJA SLOŢENIH LOGIĈKIH FUNKCIJA ........................................................................................................ 11


LOGIĈKA KOLA REALIZOVANA POMOĆU DIODA I TRANZISTORA ...................................................................... 14


AKUMULACIONA KOLA ................................................................................................................................................... 17


UOBLIĈAVAĈKA KOLA .................................................................................................................................................... 19


FLIP FLOPOVI ...................................................................................................................................................................... 22


MONOSTABIL. ASTABIL i VREMENSKI SKLOP ........................................................................................................... 26


REGISTRI .............................................................................................................................................................................. 30


BROJAĈI................................................................................................................................................................................ 33


KODERI I DEKODERI ......................................................................................................................................................... 37


MULTIPLEKSERI I DEMULTIPLEKSERI ......................................................................................................................... 41


MEMORIJE ............................................................................................................................................................................ 46


D/A I A/D KONVERZIJA ..................................................................................................................................................... 48

SADRŢAJ ............................................................................................................................................................................... 51

SADRŽAJ

Documents

Praktikum - Digitalna tehnika