Sayısal Devre Lab Deney Föyü 2013

ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK - ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SAYISAL DEVRE LABORATUVARI

DENEY KİTAPÇIĞI

Hazırlayanlar:

Yrd. Doç. Dr. Tevhit KARACALI

Yrd. Doç. Dr. Birol SOYSAL

Yrd. Doç. Dr. Bülent ÇAVUŞOĞLU

Yrd. Doç. Dr. Emin Argun ORAL

Koordinatör

Doç. Dr. Tevhit KARACALI

Erzurum-2013

ii

HAFTA DENEY ADI

1 C.A.D.E.T Deney Seti Fonksiyonları

2 RTL,TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı

3 Schmitt Tetikleme Devresi

4 Kodlayıcı, Kod Çözücü, Veri Seçici, Veri Yayıcı Devreler

5 Flip-Flop Devreleri

6 Karşılaştırma, Toplayıcı ve Çıkarıcı Devreler

7 Sayıcılar

8 Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Devreleri

9 Analog/ Digital Dönüştürücü

10 Digital/Analog Dönüştürücü

11 Telafi deneyi (meşru mazereti olanlar için)

12 Uygulamalı Proje Deneyi (Tarihi Önceden Duyurulacak)

13 Final sınavı

iii

LABORATUVARIN İŞLEYİŞİ

(AŞAĞIDA BELİRTİLEN HUSUSLARI LÜTFEN DİKKATLİCE OKUYUNUZ !!!)

1- Her deney öncesi klasik 15 dakikalık quiz sınavı yapılacaktır. Quiz sorusu ya da soruları o hafta yapılacak

deneyle ilgili olacak ve deney konusuna çalışıp çalışmadığınız test edilmiş olacaktır. Deney föylerinizde bulunan

hazırlık soruları deneye hazırlanmanız içindir. Çözümlerini teslim etmenize gerek yoktur.

2- Her deney öncesi kullanılacak elemanların sağlam olup olmadığını kontrol ediniz.

3- Deneyde elde ettiğiniz sonuçları deney föyüne (sonradan raporda kullanmak için) ve ayrıca sizlere dağıtılacak

olan “SONUÇLAR” başlıklı boş sayfaya yazınız ve bu sayfayı deneyin bitiminde deneyi yaptıran hocanıza

teslim ediniz. Bu sayfada sadece deneysel sonuçlar yer alacak, deney föyünde istenen diğer teorik hesaplamalar

vs. bu sayfaya yazılmayacak; bunlar raporda yer alacaktır.

4- Daha önceki laboratuvarlarda olduğu gibi aynı formatta hazırlayacağınız deney raporlarınızı bir sonraki hafta

deneye başlamadan önce teslim ediniz.

5- Proje Deneyi için en geç 4 hafta öncesinden her öğrenciye ayrı bir proje ödevi verilecektir. Proje Deneyi

malzemelerini ve deney düzeneğini öğrenci kendisi temin edip kuracaktır. Proje Deneyi için çalışmalarda

öğrenci laboratuvarındaki güç kaynağı, osiloskop gibi araçlardan teknisyen gözetiminde faydalınabilir.

5- Notlandırma:

Quiz Ortalamaları : % 30

Rapor Ortalamaları : % 30 Vize (%70-eski-,%60-yeni- yönetmelik öğrencileri)

Uygulamalı Proje deneyi : % 40

Final Sınavı: % 30-eski-,%40-yeni- yönetmelik öğrencileri

6- Her hafta aynı masada deneyinizi gerçekleştireceksiniz ve deney masanızdan siz sorumlu olacaksınız.

7- Telafi deneyi, deneyler tamamlandıktan sonraki hafta yapılacaktır.

8- Final sınavları daha sonra belirlenecek tarihlerde yapılacaktır.

iv

Deney 1 1

Deney 1

RTL, TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı

I. Direnç ve Transistörle Yapılan (RTL) Kapı Deneyi

1.Deneyin Amacı:

1. Transistörü kesim ve doyum bölgelerinde çalıştırarak anahtar olarak kullanımını öğrenmek

2. Direnç ve transistörlerle yapılan kapı devresini incelenmesi

2.Teorik Bilgi

Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız.

3.Hazırlık Soruları:

1- Ebers-Moll transistör modellemesine göre bir BJT transistörün kaç tane çalışma bölgesi

vardır? Kısaca açıklayınız

2- Hangi çalışma bölgelerinde anahtar olarak kullanılır?

4.Deney için gerekli malzemeler:

1- C.A.D.E.T

2- 2 adet 3K3 ve 2 adet 390 ¼ watt direnç

3- 2 adet yeşil, 1 adet kırmızı LED

4- 2 adet BC238 veya muadil NPN transistör

5.Deneyin yapılışı

1. Şekil 1A’daki devreyi kurun. Yeşil led’i transistörün girişine (D2), kırmızı led’i çıkışına (D1)

bağlayınız.

2. Anahtarın konumunu değiştirerek yandaki tabloda ilgili yerlere işaret koyarak doldurunuz.

Anahtar Konumu Yeşil LED Kırmızı LED

0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor

1 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor

RTH’ı bulmak için V1 ve V2 kısa devre ediliyor V1 kısa devre ediliyor

Deney 1 2

BC238

D1

R1390

R2

3k3

D2

R3390

SW1

SW-SPDT

BC238

D1

R1390

R2

3k3

D2

R3390

SW1

+5V

BC238R4

3k3

SW2

D3

R5390

Şekil 1A

R1: 390 Ohm

R2: 3k3

Şekil 1B

Deney 1 3

3. Şekil 1B’deki devreyi kurunuz. (D2 ve D3 yeşil led, D1 kırmızı led)

4. Anahtarların konumunu değiştirerek aşağıdaki tabloyu ilgili yerlere işaret koyarak doldurunuz.

1. Anahtar 2. Anahtar 1. Yeşil LED (D2) 2. Yeşil LED (D3) Kırmızı LED (D1)

0 0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor




6.Değerlendirme soruları:

1- Aldığınız sonuçlara göre Şekil 1A’daki devre hangi mantıksal kapıyı temsil eder? Doğruluk

tablosunu oluşturunuz.

2- Aldığınız sonuçlara göre Şekil 1B’daki devre hangi mantıksal kapıyı temsil eder? Doğruluk

tablosunu oluşturunuz.

3- Bu deneyden öğrendiğiniz sonucu birkaç cümle ile açılayınız.

Deney 1 4

II. TTL ve CMOS Tümleşik Kapı Devre Elemanları Kullanarak Boolean

Fonksiyonu Gerçeklemek

1.Deneyin Amacı

Bir Boolean fonksiyonunu gerçekleştirmek için TTL ve CMOS mantıksal kapılarının kullanılmasını,

karakteristiklerini ve birbirine olan üstünlükleri öğrenmek

2.Teorik Bilgi


3.Deney Öncesi Hazırlık:

1- 74LS00 ve 4011 mantıksal kapılarına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.

2- Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz.


1- TTL ve CMOS kapılarının özellikleri nedir? Birbirine üstünlükleri nelerdir?

2- Çıkış yelpazesi (Fan-out), yayılma gecikmesi, gürültü marjı kavramlarını açıklayınız.


1- C.A.D.E.T

2- 4 adet 74LS00

3- 1 adet 4011


1. Şekil 2A’daki devreyi 4011 kullanarak kurunuz.

2. S1 ve S2 anahtarlarının pozisyonlarını değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz.

3. Şekil 2B’daki devreyi 7400 kullanarak kurunuz.


5. Şekil 2C’daki devreyi 7400 kullanarak kurunuz.


NOT: 1- D1 ve D2 LED’leri olarak CADET’deki ledler kullanılacak.

2- Anahtar olarak CADET üzerindeki S1 ve S2 anahtarları kullanılacak.

3- Şekil 2A-2B-2C’deki kesikli çizgili toprak bağlantısı CADET üzerinde çalışılıyorsa

dikkate alınmayacaktır.

Deney 1 5

Şekil 2A

Şekil 2B

7400

S1 S2 LED

0 0 Kırmızı Yeşil




4011

S1 S2 LED





Deney 1 6


1. 7400 Tümleşik devresi ile oluşturulmuş bileşik devre hangi kapı fonksiyonunu

gerçeklemektedir?

Bileşik Devre

S1 S2 LED





Şekil 2C

Deney 2 1

DENEY 2

SCHMITT TETİKLEME DEVRESİ

1. Deneyin Amacı

İşlemsel yükselteçli ve 74LS14 kullanarak Schmitt tetikleme devresinin çalışma

prensiplerinin anlaşılmasını ve kullanılabilmesini sağlamak.

2. Teorik Bilgi

2.1. Giriş

Schmitt tetikleme (ST) devresi, alçak seviye (AS) ve yüksek seviye (YS) olmak üzere, iki

konumlu bir devredir. Girişine uygulanan yavaş değişen bir işaretten hızlı değişen işaret elde

etmede kullanılır. Bir diğer uygulama alanı ise, seviye detektörü olarak kullanılabilmesidir.

2.2. İşlemsel Yükselteçli Schmitt Tetikleme Devresi

İşlemsel yükselteçli ST devresi Şekil 1’de verilmektedir. Burada pozitif geri-besleme R1 ve R2

dirençleri yardımıyla uygulanmaktadır. Geri-beslemeli bir sistemde çevrim kazancı GK = -1

olursa, geri-besleme kazancı )1

(GK

KKVf sonsuz olur. Bu durumda çıkışın bir konumdan

diğer konuma geçişi keskin olur.

Bu devrede işlemsel yükselteç karşılaştırma görevi yapmaktadır. Giriş geriliminin 0 volttan

itibaren arttığı düşünülsün. VG < V2 olduğu sürece CCÇ VV olacaktır (YS). Süperpozisyon

teoremi kullanılarak Vf aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

CCR

ÇRRf

VRR

RV

RR

R

VRR

RV

RR

RVV

21

2

21

1

21

2

21

2 )(

Deney 2 2

Bu değer aynı zamanda ST’nin konum değiştireceği giriş gerilimi V2’dir. VG > V2 olunca ST

konum değiştirecek, VÇ = -VCC (AS) olacak ve bu seviyede kalacaktır.

Çıkış gerilimi VÇ = - VCC iken geri-besleme gerilimi

CCRf VRR

RV

RR

RV

21

2

21

1 (10)

olacaktır. Bu değer de ST’nin diğer konum değiştirme gerilimi olan V1’dir. Histerezis gerilimi

CCH VRR

RVVV

21

212

2 (11)

olarak hesaplanabilir. Giriş geriliminin azaldığı düşünülsün. VG < V1 olunca ST’nin çıkışı

tekrar VÇ = + VCC (YS) olur ve bu seviyede kalır.

Anlatılanlar ışığında işlemsel yükselteçli ST devresinin geçiş özeğrisi ise Şekil 2’de

verilmiştir.

2.2. 7414 Schmitt Tetikleme Inverter Devresi

6 adet inverter (değilleyici) kapısına sahip tümleşik devrenin klasik değilliyiciden farkı

her bir giriş artırılmış gürültü bağışıklı histerezise sahiptir ve girişteki yavaş değişim çıkışa

hızlı ve kararlı ulaşır. Devre elemanı gösterimi Şekil 3’te verilmiştir. Anahtarlama gürültüsü

gidermek için ve kare dalga osilatorü tasarımında sıklıkla tercih edilir.

Şekil 3. Schmitt tetikleyici inverter

Şekil 1. İşlemsel yükselteçli Schmitt tetikleme devresi

+

- VÇ

R1

VR

R2

VG

Vf

R1 = 47K

R2 = 4K7

VCC = 15 V

VR = 5 V

VG

VÇ

YS

AS

V1 V2

Şekil 2. ST devresinin

geçiş özeğrisi

Deney 2 3

4. Deney İçin Gerekli Malzemeler

1. C.A.D.E.T. deney seti

2. Ayarlanabilir DC gerilim kaynağı

3. LM741

4. 74LS14

5. 1 k , 4.7 k , 47 k direnç

6. 1N4001 diyot

7. Yeterli miktarda bağlantı teli

5. Deneyin Yapılışı

1- Şekil 1’de verilen devreyi kurunuz. VR = 5 V yaparak devrenin geçiş özeğrisini çıkarınız.

Devrenin girişine tSin 1000215 voltluk bir işaret uygulayarak giriş ve çıkış işaretlerini

osiloskopta inceleyiniz.( Vcc =15V)

2- VR = 0 V ve VR = -5 V yaparak çıkış işaretinin nasıl değiştiğini inceleyiniz.

3- Şekil 4’de verilen devreyi kurunuz.

Şekil 4.

4- Potansiyometreyi 0 volttan başlayarak Besleme voltajına kadar yavaşça artırınız. Her 0.2

V’lik adım için çıkış voltajını 5V’a kaydediniz.

5- Potansiyometreyi Besleme voltajından başlayarak 0 volta kadar yavaşça azaltınız. Her 0.2

V’lik adım için çıkış voltajını kaydediniz.

6- Yukardaki ölçüm sonucundan histeresiz eğrisini(geçiş öz eğrisi) çiziniz.

7- Şekil 5’teki devreyi kurunuz.

Deney 2 4

8- Her iki sinyalin osiloskop ekranında iki periyot ve tepeden tepeye görünecek şekilde

time/div ve volt/div ayarlarını yapınız.

9- Osiloskop ekranını çiziniz.

Şekil 5.

Deney 3 1

DENEY 3

KODLAYICI, KOD ÇÖZÜCÜ, VERİ SEÇİCİ, VERİ YAYICI

DEVRELER

(ENCODER, DECODER, MULTİPLEXER, DEMULTİPLEXER)

I. Kodlayıcı (Encoder) Devresi

1.Deneyin Amacı:

Kodlayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması

2.Teorik Bilgi

Kombinezonsal bir lojik devre olan kodlayıcı, bir veya daha fazla girişten belirli bir çıkış kodu üretir.

Bir anda sadece bir tane giriş tetiklenebilir. Şekil 3-1’de n-bit girişli ve n-bit çıkışlı bir kodlayıcı

gösterilmiştir. Girişlerden birisi tetiklendiği zaman çıkışta n-bitlik bir çıkış kodu üretilecektir.

8:1 Kodlayıcı

Şekil 3-2’de 8:3 kodlayıcı gösterilmiştir. Devrenin Sekiz tane girişi (A1~A7) (0~7) ve üç tane çıkışı

(Q0, Q1) (000~111) vardır. A0 girişi “1” olursa buna karşılık gelen Q2Q1Q0 çıkışı “000” değerine eşit

olacaktır.


Şekil 3.1

Şekil 3.2

Deney 3 2

Aslında A0 girişi kapının girişine bağlanmamıştır. A1 girişi “1” olursa Q2Q1Q0=001, A2 girişi “1”

olursa Q2Q1Q0=010 olacaktır. Girişler arasında birden fazla “1” değeri bulunamaz; örneğin A2 ve A3

girişleri aynı anda “1” ise Q2Q1Q0=011, A3 ve A4 girişleri aynı anda “1” ise Q2Q1Q0=111 olacaktır

ve çıkışların ikisi de yanlıştır.

Matris Kodlayıcı

Eğer piyasadaki kodlayıcılar istenilen özellikleri karşılayamıyorsa, diyotlar kullanılarak istenilen

özelliklerde bir kodlayıcı yapılabilir. Şekil 3-3’te diyotlarla yapılmış basit bir matris kodlayıcı

gösterilmiştir.

Bazı dijital uygulamalarda çeşitli giriş işaretlerini belirli bir önceliğe göre işleme tabi tutmak

gerekebilir. Öncelikli kodlayıcı olarak adlandırılan özel bir kodlayıcı türü bu işlevi yerine getirir.

Öncelik sırası yüksek olan bir giriş tetiklendiğinde çıkış daha düşük öncelik sırasına sahip girişleri

dikkate almaksızın bu girişe karşılık gelen değeri alır. 74148 tümdevresi Binary çıkışlı 8:1 öncelikli

kodlayıcıdır. Giriş önceliği artan sıradadır, yani 1. girişin önceliği en düşük ve 8. girişin önceliği en

yüksektir. Çıkışlar Binary kodundadır.


1- 74LS148 encoder’ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.



1- BCD’den 3 fazlalık koduna kodlama yapan devreyi mantıksal kapılar kullanarak

gerçekleyiniz.

Şekil 3.3

Deney 3 3


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS148


1. Şekil 3.4’deki devreyi kurunuz.

2. Girişleri S1-S8, çıkışları “logic indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız

3. Anahtarları sırayla 0 dan 1 konumuna geçirerek Tablo 1’i doldurunuz.

Tablo 1:

10

(S1)

11

(S2)

12

(S3)

13

(S4)

1

(S5)

2

(S6)

3

(S7)

4

(S8) A0 A1 A2 GS Eo

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

010

111

212

313

41

52

63

74

EI5

EO15

A09

A17

A26

GS14

U1

74LS148

+5

V

Şekil 3.4

Deney 3 4

II. Kod Çözücü (Decoder) Devresi

1.Deneyin Amacı:

Kod çözücülerin çalışma prensiplerinin anlaşılması

2.Teorik Bilgi

Kod çözücü, girişte belirli bir ikili sayının veya kelimenin bulunup bulunmadığını ortaya çıkaran bir

lojik devredir. Kod çözücünün girişi bir ikili sayıdır, çıkışı ise belirli bir sayının bulunup

bulunmadığını belirten ikili işarettir. Temel bir kod çözücü olarak VE kapısı kullanılabilir, çünkü

kapının çıkışı girişlerin tümü “1” olduğunda “1” olacaktır. VE kapısının girişlerini veriye uygun

şekillerde bağlayarak bütün ikili sayılar için sayıların varlığı belirlenebilir.

3:8 Kod çözücü

Şekil 3.5’de 3:8 kod çözücü gösterilmiştir. A, B ve C olmak üzere üç giriş ve Q0~Q7 olmak üzere

sekiz çıkış bulunmaktadır. CBA=”010” ise Q2 çıkışı ”1” olacaktır. CBA=”111” ise Q7 çıkışı ”1”

olacaktır.


1- 74LS138 decoder’ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.


Şekil 3.5

Deney 3 5


1- 2’den 4’e (2:4) kod çözen devreyi mantıksal kapılar kullanarak gerçekleyiniz.


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS138


1. Şekil 3.6 daki devreyi kurunuz.

2. Girişleri S1-S3, çıkışları “logic indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız


Tablo 2:

C(S6) B(S7) A(S8) Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Şekil 3.6

+5

V

A1

B2

C3

E16

E24

E35

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

U2

74LS138

Deney 3 6

III. Veri Seçici (Multiplexer) ve Veri Yayıcı (Demultiplexer)

1.Deneyin Amacı:

Veri seçicilerin ve veri yayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması.

2.Teorik Bilgi

Veri seçici (MUX), girişlerinden birini seçip çıkışa gönderen bir lojik devredir. Girişlerinden bir tanesi

seçme girişleri tarafından seçilir ve bu giriş çıkışa gönderilir. Çıkış tektir. Seçme girişlerinin sayısı veri

seçicinin kapasitesini belirler. Örneğin veri seçicinin tek bir seçme girişi varsa, devre 2:1 (ikiye bir)

veri seçici olarak adlandırılır, çünkü tek bir seçme girişi iki giriş arasından seçme yapabilir. Üç girişli

bir veri seçici sekiz giriş arasından seçim yapabileceği için 8:3 (sekize üç) veri seçici olarak

adlandırılır (2^3=8). Veri seçici kullanarak F(CBA)= Ç (0, 1, 2, 6, 7) gibi lojik fonksiyonlar kolaylıkla

gerçeklenebilir. F fonksiyonu 0, 1, 2, 6, 7 durumlarındaki çarpımların toplamıdır. Aşağıdaki 4:1 veri

seçiciye bakarsak çıkışın A, B, C girişleri tarafından belirlendiğini görebiliriz. CBA=000, 001, 010,

110, 111 iken F çıkışı “1” olmaktadır. Diğer bütün durumlarda F=0’dır.

Veri yayıcılar, veri seçicilerin tam tersi işlem yapmaktadırlar. En yaygın olarak 4051 demultiplexer

kullanılmaktadır. (C giriş ucu)


1- 4051 demultiplex’e ait katalog bilgilerini temin ederek çalışınız.


1- 74LS151 ’ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.


Şekil 3.7

Deney 3 7


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS151


1. Şekil 3.8’deki devreyi kurunuz. (D0, D1, D2,…, D7 giriş uçları)

2. A girişini S1, B girişini S2, C girişini anahtarına S3, Y çıkışlarını “logic indicators”LED’ine sırası

ile bağlayınız.


Tablo 3:

C(S6) B(S7) A(S8) Y

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Şekil 3.8

Deney 4 1

DENEY 4

FLİP-FLOP DEVRELERİ

1.Deneyin Amacı:

Flip-flopların çalışmasını ve türlerini anlamak.

2. Teorik Bilgi

Sayısal Elektronik dersi ders notlarından ardışıl (Sequential) devreler bölümüne bakınız.

1: Temel Mantıksal Kapılar ile R – S Flip Flop

3. Hazırlık Soruları:

1- Şekil 4.1 devrede NAND kapıları yerine NOR kapıları kullanarak R-S flip flop devresini

oluşturarak doğruluk tablosunu elde ediniz. Şekil 4.1 deki devreden farkı nedir? Açıklayınız.

4. Deney için gerekli malzemeler:

1- C.A.D.E.T

2- 2 adet 74LS00

5. Deneyin yapılışı

1. Şekil 4.1 deki devreyi kurunuz.

2. girişler S1, S2 anahtarı, çıkışlar “logic indicators”LED’leridir. Bağlantıyı yapınız.


Tablo 1:

S1 S2 A B

0 0

0 1

1 0

1 1


Deney 4 2

2: J – K Flip Flop

Deney Öncesi Hazırlık:

74LS76 entegresine ait datasheet’i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz.

Hazırlık Soruları:

1- R-S ile J-K flip-flop arasında ne fark vardır? Açıklayınız.

Deney için gerekli malzemeler:

1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS76

Deneyin yapılışı

1. Şekil 4.2 deki devreyi kurunuz. (2 ve 3 nolu bacakları +5V’ bağlayınız.)

2. Girişler S1, S2 anahtarı, çıkışlar “logic indicators”LED’leridir. Bağlantıyı yapınız.

3. S1 ve S2 anahtarlarını sırayla 0 dan 1 konumuna geçirerek S3 anahtarına basılı değilken Qn, basılı

iken Qn+1 değerlerini Tablo 2’ye doldurunuz. (Qn önceki değer, Qn+1 ise sonraki değer

anlamındadır.)

Tablo 2:

S1(J) S2(K) S3(clock) Qn Qn+1

0 0 ↑↓

0 1 ↑↓

1 0 ↑↓

1 1 ↑↓

Şekil 3.2

Şekil 4.1

Deney 4 3

4. Şekil 4.2 deki devrede S1 ve S2 anahtarlarını sırası ile entegrenin S (2 nolu bacak) ve R (3 nolu

bacak) bacaklarına bağlayınız.

5. 3. maddedeki işlemleri yenileyerek Tablo 3’ü doldurunuz.

J4

Q15

CLK1

K16

Q14

S2

R3

U1:A

74LS76

Q

+5V

R12k2

S3

S1

SW-SPDT

S2

SW-SPDT

Tablo 3:

S1(S) S2(R) S3(clock) Qn Qn+1

0 0 ↑↓

0 1 ↑↓

1 0 ↑↓

1 1 ↑↓

2: D Flip Flop

Deney Öncesi Hazırlık:

74LS74 entegresine ait datasheet’i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz.

Deney için gerekli malzemeler:

1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS74

Deneyin yapılışı

1. Şekil 4.3 deki devreyi kurunuz.

2. giriş S1, çıkış “logic indicators”LED’dir. Bağlantıyı yapınız.

3. S1 anahtarını sırayla 0 dan 1 konumuna geçirerek S3 anahtarına basılı değilken Qn, basılı iken

Qn+1 değerlerini Tablo 4’ye doldurunuz. (Qn önceki değer, Qn+1 ise sonraki değer anlamındadır.)

Şekil 4.2

Deney 4 4

Tablo 4:

S1(S) S3(clock) Qn Qn+1

0 ↑↓

0 ↑↓

1 ↑↓

1 ↑↓

Şekil 5.2

D2

Q5

CLK3

Q6

S4

R1

U2:A

74LS74

D1LED-RED

S3

R22k2

S1

SW-SPDT

+5V

Şekil 4.3

Deney 5 1

DENEY 5

KARŞILAŞTIRMA, TOPLAYICI VE ÇIKARICI DEVRELER

I. Karşılaştırma Devresi

1. Deneyin Amacı:

Sayısal karşılaştırıcıların tasarımının ve çalışmalarının anlaşılması

2. Teorik Bilgi

Bir karşılaştırma işlemi yapmak için en az iki sayı gerekir. En basit karşılaştırıcının iki girişi vardır.

Girişler X ve B olarak adlandırılırsa üç olası çıkış söz konusudur: X>Y; X=Y; X<Y. Şekil 5.1‘de basit

bir karşılaştırıcı gösterilmiştir.

Şekil 5.1b

Gerçek uygulamalarda 4 bitlik karşılaştırıcılar kullanılır (TTL-7485,CMOS-4063). 4 bitlik

karşılaştırmada karşılaştırmaya enanlamlı bitten başlanır (23). Eğer X girişinin enanlamlı biti Y

girişinden büyükse X>Y çıkışı, küçükse X<Y çıkışı yüksek seviye durumuna geçer. Eğer X ve Y

girişlerinin enanlamlı bitleri eşitse karşılaştırmaya bir sonraki yüksek anlamlı bitten devam edilir.

Girişler enanlamsız bitte de eşitse X=Y çıkışı yüksek seviye durumuna geçer.

3. Hazırlık Soruları:

1- 2 girişli VE-DEĞİL ile 2 girişli XOR kapısı kullanarak en basit karşılaştırıcı tasarlayınız.

2- 4 bitlik bir karşılaştırıcıyı her bir bit için Şekil 5.1 deki blok ifadeleri ve mantıksal kapıları

kullanarak tasarlayınız.

3- 74LS85 4-bit karşılaştırma entegresinin datasheet’ini edinerek 2 adet 24 bitlik WORD

karşılaştırmasını inceleyiniz.

4. Deney için gerekli malzemeler:

1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS00


Karşılaştırıcı

X

Y

X<Y

X=Y

X>Y

Şekil 5.1a

Deney 5 2

3- 1 adet 74LS04

4- 1 adet 74LS86

5- 1 adet 74LS85

5. Deneyin yapılışı

1. Hazırlık soruları 1. de istenen devreyi kurunuz.

2. X girişini S1, Y girişini S2 anahtarına, X>Y, X=Y ve X<Y çıkışlarını “logic

indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız


Tablo 1:

X(S1) Y(S2) X<Y X=Y X>Y

0 0

0 1

1 0

1 1

4. Şekil 5.2’ deki devreyi kurunuz.

5. X girişini S1-S4, Y girişini S5-S6, X>Y, X=Y ve X<Y çıkışlarını “logic indicators”LED’lerine

sırası ile bağlayınız

6. Anahtarları sırasıyla 0 dan 1 konumuna geçirerek Tablo 2’yi doldurunuz.

Deney 5 3

A010

A112

A213

A315

B09

B111

B214

B31

A<B2

QA<B7

A=B3

QA=B6

A>B4

QA>B5

U1

74LS85

+5V

X

Y

Şekil 5.2

Tablo 2:

X(S8) X(S7) X(S6) X(S5) Y(S4) Y(S3) Y(S2) Y(S1) X<Y X=Y X>Y

0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 1 0 0 1 1

0 0 1 0 0 0 0 1

0 0 1 1 1 1 1 1

0 1 1 0 1 0 1 0

0 1 1 1 0 1 1 0

1 0 0 1 1 0 0 1

1 0 1 0 1 0 1 1

1 0 1 1 1 1 0 0

1 1 0 0 1 1 0 1

1 1 0 1 1 0 1 1

1 1 1 1 1 1 0 0

Deney 5 4

6. Değerlendirme soruları:

1- Tablo 2’de tüm anahtarlar aynı pozisyonunda iken X=Y çıkışının yüksek seviyede olması

beklenir. X>Y çıkışının yüksek seviyede olması için devre bağlantılarında ne gibi ilave

değişiklik yapmak gerekir? 74LS85 datasheet’inden yararlanarak açıklayınız.

II. Yarım Toplayıcı ve Tam Toplayıcı Devreleri

1.Deneyin Amacı:

ALU’daki yarım ve tam toplayıcı birimlerinin karakteristiklerinin anlaşılması

2.Teorik Bilgi

Toplayıcı devreler “Yarım-Toplayıcı” ve “Tam-Toplayıcı” olarak ikiye ayrılır. Yarım-toplayıcılar 2

tabanında toplama kuralına göre çalışır ve sadece 1 bitin toplanmasını dikkate alır. Toplamanın sonucu

“elde” ve “toplam”dır. 2 tabanında toplama işleminde “elde”, iki sayının toplamı 1’den büyükse

meydana gelir. Aşağıdaki yarım-toplayıcı ile yapılan toplama işlemlerini inceleyiniz.

1 → önceki elde

1 1 0 → toplanan

+ 1 + 1 0 → toplanan

elde ← 1 0 →Toplam elde ← 1 0 1 → Toplam

“1” ile “1” toplandığında toplam “0” ve elde “1”dir. Yarım-toplayıcının toplama işlemi 1-bitlik

sayılarla sınırlıdır. Tam toplayıcı 2-bitten daha büyük sayılar için toplama işlemini gerçekleştirir.

Aşağıdaki tam-toplayıcı ile yapılan toplama işlemlerini inceleyiniz. Tam-toplayıcı iki adet yarım-

toplayıcı kullanılarak gerçeklenebilir. Şekil 5.3 (a) ve (b)’de yarım-toplayıcı ve tam-toplayıcının

devreleri ve simgeleri gösterilmiştir.

(a)

Deney 5 5


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS00

3- 1 adet 74LS32

4- 1 adet 74LS86


1. Şekil 5.3 (a)’deki devreyi kurunuz.

2. X girişini S1, Y girişini S2 anahtarına, T ve E çıkışlarını “logic indicators”LED’lerine sırası ile

bağlayınız.


Tablo 1:

X(S1) Y(S2) T E

0 0

0 1

1 0

1 1

4. Şekil 5.3 (b)’deki devreyi kurunuz.

5. X girişini S1, Y girişini S2 ve Ei girişini S3 anahtarına, T ve Eo çıkışlarını “logic

indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız.


X

Y

T

E

Yarım

Toplayıcı

X

Y

E

Yarım

Toplayıcı

T

Ei

Eo

Tam Toplayıcı T

(b)

Şekil 5.3

Deney 5 6

Tablo 2:

X(S1) Y(S2) Ei(S3) T Eo

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

II. Yarım Çıkarıcı ve Tam Çıkarıcı Devreleri

1.Deneyin Amacı:

Tümleme teorisinin ve yarım ve tam çıkarma devrelerinin gerçeklenmesi

2.Teorik Bilgi

Mantıksal devrelerde yapılan ikinci temel işlem çıkarmadır. İki bitin çıkarmasını yapan devreye yarım

çıkarıcı, üç bitin çıkarmasını yapan devreye ise tam çıkarıcı devresi denir.

1

23

U1:A

74LS86

1

23

U4:A

74LS08

1 2

U5:A

74LS04

A

B

Fark

Borç

Fark (F) = A`B+AB` Yarım

Çıkarıcı

A

B Borç (B) = A`B

0 – 0 = 0

0 – 1 = 1 (Borç =1)

1 – 0 = 1

1 – 1 = 0

(a)

Deney 5 7


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS04

3- 1 adet 74LS08

4- 1 adet 74LS32

5- 1 adet 74LS86


1. Şekil 5.4 (a)’daki devreyi kurunuz.

2. A girişini S1, B girişini S2 anahtarına, F ve B çıkışlarını “logic indicators”LED’lerine sırası ile

bağlayınız.


Tablo 1:

A(S1) B(S2) F B

0 0

0 1

1 0

1 1

4. Şekil 5.4 (b)’deki devreyi kurunuz devreyi kurunuz.

5. A girişini S1, B girişini S2 ve C girişini S3 anahtarına, F ve B çıkışlarını “logic

indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız.


Tablo 2:

A(S1) B(S2) C(S3) F B

0 0 0

Fark

Borç

Tam Çıkarıcı

Yarım

Çıkarıcı

A

B

Yarım

Çıkarıcı

A

B

C

(b)

Şekil 5.4

Deney 5 8

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1


1- 74LS83 datasheet’ini kataloglardan (internet vasıtasıyla pdf dosyasını bulabilirsiniz.) edininiz.

Bu datatshetten yararlanarak 4 bitlik toplayıcı entegrenin çalışmasını öğreniniz.

2- Yukarıdaki bilgiler ışığında 74LS83, ve gerekli mantık kapıları kullanarak seçime göre hem

toplayıcı hem de çıkarıcı olarak çalışan bir devre tasalayınız.

Deney 6 1

DENEY 6

SAYICILAR

1.Deneyin Amacı:

Sayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması ve J-K flip-floplarıyla nasıl gerçeklendiklerinin

incelenmesi.

2.Teorik Bilgi

Sayıcılarla ilgili ders notlarına bakınız.


1- 74LS161 sayıcısına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.



1- 74161 ve gerekli lojik kapıları kullanarak 6 ile 15 arasında sayan bir sayıcı tasarlayınız.


1- C.A.D.E.T

2- 2 adet 74LS76

3- 1 adet 74LS00

4- 1 adet 74LS161

I. Asenkron 2 Tabanında Yukarı Sayıcı


1. Şekil 6.1’deki devreyi kurunuz.

2. B1(clock) girişini CADET üzerindeki darbe üretecine A2 girişini ise CADET üzerindeki

anahtarlardan birine bağlayınız. L1~L4 girişlerini CADET üzerindeki lojik göstergelere

bağlayınız. (Bu durumda saat üretecinin frekansını 1-2Hz civarına ayarlayın)

3. Başlangıçta A2 anahtarını 1 konumuna getirerek flip flopların çıkışını sıfırlayınız. Daha sonra

saymaya başlamak için anahtarı 0 konumuna getiriniz. Saat işaretini ve çıkışları osiloskopla

ölçüp Şekil 6.2’ye kaydediniz. (Bu durumda saat üretecinin frekansını 1kHz’e getirin)


Deney 6 2

Şekil 6.1

Şekil 6.2

4. Sayma sürecinde A2 anahtarı 1 konumuna getirilirse ne olur?

L1

L2

L3

L4

Deney 6 3

II. 74161 İle Senkron 2 Tabanında Yukarı Sayıcı

Bir senkron sayıcı tümdevresi olan 74161, ENableP, ENableT, load ve clear olmak üzere dört

adet kontrol girişi, CLK saat girişi, dört bitlik paralel girişi, dört bitlik paralel çıkışı ve bir bitlik elde

çıkışına sahiptir. Giriş verilerinin çıkışa yüklenmesi için clear girişini lojik 1’e, load girişini lojik 0’a

getirmek gerekir. Tümdevrenin içindeki bellek elemanları yükselen kenarda tetiklenirler. Eğer load ve

clear girişi ve her iki sayma kontrol girişi (ENP ve ENT) lojik 1’e getirilirse, devre sayıcı olarak

çalışır. ENP ve ENT girişlerinden herhangi biri yada ikisi lojik 0 olursa çıkış korunur. Elde çıkışı, tüm

paralel çıkışlar lojik 1 değerine eşit olunca, lojik 1 değerini alır.


1. Şekil 6.3 (a)’daki devreyi kurunuz. 2 nolu bacağa 1Hz’lik saat girişi (kare dalga) uygulayın. 1

ve 9 numaralı bacakları da ayrı anahtarlara bağlayın. LOAD girişi 0 değerini aldığında

girişteki ABCD değerleri cıkışa (QAQBQCQD) aktarılır. 1 numaralı giriş 0 değerini aldığında

çıkışlar sıfırlanır.

2. Sayıcının ENP girişini şekilde görüldüğü gibi CADET üzerindeki anahtarlardan birine

bağlayınız ve sayıcıyı anahtarı kapalı konuma getirerek çalıştırınız.

3. Şekil 6.3 (b)’deki devreyi kurarak devrenin 3ile 12 arasında saydığını gözlemleyiniz.

a) b)

Şekil 6.3


1- Şekil 6.1 deki devrenin geri sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması

gerekir?

2- Şekil 6.1 deki devrenin BCD sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması

gerekir?

3- 74161 ve gerekli lojik kapıları kullanarak 6 ile 15 arasında sayan bir sayıcı tasarlayınız (şekil

7.3b de ki devreyi baz alabilirsiniz)

Deney 7 1

DENEY 7

KAYDIRMALI KAYDEDİCİ (SHİFT REGİSTER) DEVRELERİ

(ÖTELEMELİ SAKLAYICI DEVRELERİ)

1.Deneyin Amacı:

Kaydedicilerin çalışma prensiplerini kavramak

2.Teorik Bilgi


1: D Türü Flip Flop’lar ile Kaydırmalı Kaydedici Gerçekleştirme:

3.Deney Öncesi Hazırlık

74LS74 entegresine ait datasheet’i elde ediniz ve bu datasheet’le birlikte deneye geliniz.


1- C.A.D.E.T

2- 4 adet 74LS74

3- 3 adet 2k2, 4 adet 330 Ω direnç


1. Şekil 7.1’deki devreyi kurup, tüm bağlantıları gerçekleştirin.

2. Bu devrede giriş olarak S1 anahtarı, çıkışlar için LED’ler (veya logic indicator) kullanılmıştır.

S2 anahtarı saat darbelerini üretmek, S3 anahtarı ise tüm çıkışları sıfırlamak amacıyla

tasarlanmışlardır.

3. S3 anahtarına basıp bırakın ve LED lerin hangilerinin yandıklarını belirtin.

4. S1 anahtarı 0 konumunda iken S2 anahtarına basıp bırakınız ve Tablo1’de ilgili satırı doldurun.




8. Yukarıdaki gözlemlerinize göre her bir saat darbesi eşliğinde S1 anahtarı ile girişte uygulanan

verinin LEDler yardımıyla çıkışta ne şekilde sıralandıklarını açıklayın. Not: LED yerine

kullanabileceğiniz logic indicator’lerin kullanımını laboratuvar sorumlunuzdan öğreniniz.

Tablo 1

S1(D1) S2(saat) D1 D2 D3 D4

0 1

1 1

0 1

1 1


Deney 7 2


1- Bu devrede kullanılan LEDler D-tipi FF çıkışlarının hangi durumnda (H veya L)

yanmaktadırlar, niçin?

2- Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 7.1’deki devre hangi yöne (sağ veya sol) kaydırma

fonksiyonu gerçekleyen bir kaydedici devresidir.

3- Bu çalışmadan öğrendiğiniz bilgiler ışığında seri/paralel dönüştürücü bir devreyi nasıl

tasarlarsınız, açıklayınız.

4- Bu devrenin kaydırma yönünü değiştirmek için tasarımda ne gibi bir değişiklik gerekir.

2: Kaydırmalı Kaydedici İle 4-bit Seri/Paralel Dönüştürücü Gerçekleştirme:

1.Deney Öncesi Hazırlık

74LS194 entegresine ait datasheet’i bölüm sonunda verilmiştir. Bu datasheet’ten faydalanarak bu

kaydırmalı kaydedicinin çalışmasını ve özelliklerini öğreniniz.


1- C.A.D.E.T

2- 1 adet 74LS194

3- 2 adet 2k2, 4 adet 330 Ω direnç

Şekil 7.1

A

K

A

K

A

K

A

K

Deney 7 3


1- Şekil 7.2 deki devreyi kurup, tüm bağlantıları gerçekleştirin.

2- 74LS194 kaydedici entegre fonksiyon tablosundan (function table) faydalanarak entegre

bacaklarının hangilerinin ne şekilde kullanıldığını da göz önünde bulundurarak bu devrenin ne

maksatla tasarlandığını belirlemeye çalışın ve açıklayın.

3- S3 anahtarına basıp bırakın ve yine LED lerin hangilerinin yandıklarını belirtin.

4- S1 anahtarı 0 konumunda iken S2 anahtarına basıp bırakınız ve Tablo2’de ilgili satırı doldurun.




8- Yukarıdaki gözlemlerinize göre her bir saat darbesi eşliğinde S1 anahtarı ile girişte uygulanan

verinin LEDler yardımıyla çıkışta ne şekilde belirdiklerini açıklayın.

Şekil 7.2

Deney 7 4

Tablo 2

S1(D1) S2(saat) D1 D2 D3 D4

0 ↑

1 ↑

0 ↑

1 ↑


1- Bu devrede kullanılan LEDler 74LS194 çıkışlarının hangi durumnda (H veya L)

yanmaktadırlar, niçin?

2- Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 7.2’deki devre hangi yöne (sağ veya sol) kaydırma

fonksiyonu gerçekleyen bir kaydedici devresidir.

3- Bu çalışmadan öğrendiğiniz bilgiler ışığında seri/paralel dönüştürücü bir devreyi nasıl

tasarlarsınız, açıklayınız.

4- Bu devrenin kaydırma yönünü değiştirmek için tasarımda ne gibi bir değişiklik gerekir,

açıklayın.

3: Kaydırmalı Kaydedici İle 3-bit Paralel/Seri Dönüştürücü Tasarımı:


1- Bu çalışmada öğrendikleriniz ışığında bir 3-bit paralel/seri dönüştürücü devresini 74LS194

kaydedicisi kullanarak ne şekilde gerçeklersiniz? Tasarımınızı laboratuvar sorumlunuz ile tartışıp,

çalışacağına karar verdikten sonra devrenizi gerçekleyiniz.

2- Bu tasarımınızı 4-bit olarak geliştirmek isterseniz devrede ne tür bir değişiklik (eklenti) yapmak

gerekir? Açıklayınız.

Deney 8 1

DENEY 8

ANALOG/ DİGİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜ

1. Deneyin Amacı

Analog dünya ile digital dünya arasındaki bilgi alış-verişini, digital bir işaretin analog işarete

ve analog bir işaretin digital işarete nasıl dönüştürülebileceğini öğrenciye kavratmak, ihtiyaç

duyduğunda bu devreleri gerçekleştirip, çalıştırabilme becerisini kazandırmak.

2. Teorik Bilgi

2.1. Giriş

Herhangi bir alanda çalışırken verinin hem digital hem de analog biçimiyle karşılaşmak

mümkündür. Verinin bazen analog biçimiyle bazen de digital biçimiyle işlenmesi gerekir.

Eğer verinin biçimi istendiği gibi değilse, istenen biçime dönüştürülmesi gerekir. Bunun için

de çeşitli devreler kullanılır. Digital biçimdeki veriyi analog biçime dönüştürmek için

“Digital/Analog Dönüştürücü (Digital to Analog Converter, DAC)” kullanılırken, analog

biçimdeki veriyi digital biçime dönüştürmek için ise “Analog/Digital Dönüştürücü (Analog

to Digital Converter, ADC) kullanılır.

2.2. Analog/Digital Dönüştürücü (ADC)

Fiziksel bir sistemden alınan bilgilerin digital olarak saklanması veya işlenmesi gerekli

olduğunda ADC kullanılması gerekir. ADC aslında bir kodlayıcı devredir. Girişindeki analog

işaretin seviyesine göre çıkışında digital bir kelime üretir. Analog işaretler sonsuz seviyeye

sahip olabilmelerine karşın, bu seviyelere karşı düşürülen digital kelimeler sonlu olmak

zorundadır. Aksi durumda, sonsuz seviyeyi kodlamak için sonsuz sayıda bit kullanılması

gerekirdi.

Bir ADC’nin çıkış işareti

R

AD (1)

bağıntısıyla verilir. Burada A analog giriş işaretini, R analog referans işaretini ve D digital

çıkış işaretini göstermektedir. Bu ifade bir özdeşliktir ve D’nin R

A oranına belli bir

çözünürlük içerisindeki en yakın yaklaşımı olduğunu göstermektedir. Bu bağıntı daha açık

olarak

Deney 8 2

n

n

n

n aaaaRA 22...22 1

1

2

2

1

1 (2)

biçiminde yazılabilir.

Analog/Digital dönüşümü için farklı yöntem ve devreler mevcuttur. Her birinin kendine göre

avantaj ve dezavantajları vardır. Şekil 8.1’de Paralel ADC (Flash ADC) olarak adlandırılan,

oldukça hızlı çalışan fakat n bitlik dönüştürücü için 12n adet karşılaştırıcı gerektiren ADC

devresi verilmektedir.

Paralel ADC’nin çalışması oldukça basittir. Analog işaret, analog kaynaktan akım çekilmesini

önlemek amacıyla, bir tampon devreden geçirildikten sonra karşılaştırıcıların (-) girişlerine

uygulanır. Karşılaştırıcıların (+) girişlerine ise, referans gerilimine bağlı olarak, 1.

karşılaştırıcının (+) girişindeki gerilimin tam katları uygulanmaktadır. Her bir karşılaştırıcı

için, (-) girişindeki işaret (+) girişindeki işaretten büyükse çıkışı “lojik 0”, değilse “lojik 1”

seviyesinde olacaktır. Böylece, analog giriş geriliminin o anki değerine bağlı olarak 8 farklı

durum söz konusu olabilecektir. Bu 8 durumu kodlamak için ise 3 bit yeterli olacaktır.

Kodlayıcı devre, girişlerindeki durumlara göre bu 3 bitin ne olacağına karar veren bir lojik

devredir. Lojik kapılar kullanılarak tasarlanabileceği gibi, hazır bir kodlayıcı da kullanılabilir.

Şekil 8.2’de National Semiconductor firması tarafından üretilen 74F148 kodlayıcı

+

-

R

R

R

R

R

R

R

K O

D L

A Y

I C

I

Digital

Çıkışlar

MSB

LSB

+

-

Analog

Giriş

Referans

Gerilimi

I6

I5

I4

I3

I2

I1

I0

A2

A1

A0

Şekil 8.1. 3 bitlik paralel ADC

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

3

2

1

13

12

11

10

6

7

9

Deney 8 3

entegresinin bacak bağlantıları ve ilgili doğruluk tablosu verilmektedir.

Şekil 8.2’de de görüldüğü gibi 74F148 16 bacaklı bir entegredir. 8 alçak aktif girişi ( 70 II )

olan entegre 3 adet de alçak aktif çıkışa sahiptir. Devrenin giriş kabul edebilmesi için giriş

yetkilendirme girişinin (Enable Input, EI ) aktif, yani alçak olması gerekir. Bu yüzden sürekli

olarak alçak konumda tutulmalıdır. Grup sinyal çıkışı (Group Signal Output, GS ), girişlerden

herhangi birinin alçak olması halinde alçak aktif olur. Çıkış yetkilendirme (Enable Output,

EO ) ise girişlerin hepsinin yüksek olduğu durumda alçak aktif olur. Bu deneyde GS ve EO

çıkışları kullanılmayacaktır. VCC besleme gerilimi +5 volt olarak alınacaktır.

3. Hazırlık Soruları

a) Yaptığınız bir devrede kullanmak üzere ADC seçerken nelere dikkat etmeniz gerektiğini

nedenleri ile birlikte yazınız.

b) ADC yöntemleri hakkında araştırma yaparak özet bilgi veriniz.

c) Bir işaretin tepeden tepeye genliği en fazla 20 mV olabilmektedir. Bu işaretin 20 μV

çözünürlükle digitale çevrilebilmesi için kullanılması gereken ADC en az kaç bitlik olmalıdır?



2. Voltmetre

3. 2 adet LM324

4. 74F148 kodlayıcı

5. 7 adet 1 k direnç


Şekil 8.2. 74F148 entegresinin bacak bağlantıları ve doğruluk tablosu

Deney 8 4


1- Şekil 8.1’de verilen devreyi 74F148 kullanarak ve R = 1 k alarak kurunuz. Referans

gerilimini VR = 12 volt alınız. Çıkışları (A0-A2) birer LED’e uygulayınız ki seviyeleri

rahatlıkla gözleyebilesiniz. Analog giriş işaretini 0 volttan itibaren 1 volt adımlarla 15 volta

kadar değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz ve ADC’nin transfer fonksiyonunu elde

ediniz.( 74F148 entegresinde 4 nolu bacak(I7 ) =5V, 5 nolu bacak =0V)

Vg

[Volt]

Çıkışlar

A2 A1 A0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 2 4 6 8 10 12 14 16 Giriş [V]

Çıkışlar

A2 A1 A0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

Deney 9 1

DENEY 9

DİGİTAL/ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜ

1. Deneyin Amacı

Analog dünya ile digital dünya arasındaki bilgi alış-verişini, digital bir işaretin analog işarete

ve analog bir işaretin digital işarete nasıl dönüştürülebileceğini öğrenciye kavratmak, ihtiyaç

duyduğunda bu devreleri gerçekleştirip, çalıştırabilme becerisini kazandırmak.

2. Teorik Bilgi

2.1. Giriş

Herhangi bir alanda çalışırken verinin hem digital hem de analog biçimiyle karşılaşmak

mümkündür. Verinin bazen analog biçimiyle bazen de digital biçimiyle işlenmesi gerekir.

Eğer verinin biçimi istendiği gibi değilse, istenen biçime dönüştürülmesi gerekir. Bunun için

de çeşitli devreler kullanılır. Digital biçimdeki veriyi analog biçime dönüştürmek için

“Digital/Analog Dönüştürücü (Digital to Analog Converter, DAC)” kullanılırken, analog

biçimdeki veriyi digital biçime dönüştürmek için ise “Analog/Digital Dönüştürücü (Analog

to Digital Converter, ADC) kullanılır.

2.2. Digital/Analog Dönüştürücü (DAC)

Bir analog devrenin girişine uygulanacak işaretin ya analog olması ya da devrenin girişinde

DAC olması gerekir. Eğer devrenin girişinde DAC yoksa ve işaret digital ise, işaretin analog

biçime çevrilmesi şarttır. Digital/Analog dönüştürücü aslında bir kod çözücü devreden başka

bir şey değildir. DAC, girişlerine uygulana digital kelimeye karşılık çıkışında analog bir değer

verir.

DAC’ın girişi ile çıkışı arasındaki ilişki,

RDA (1)

ile verilebilir. Burada D dönüştürücü girişine uygulanan digital işareti, R analog referans

işaretini ve A ise analog çıkış işaretini göstermektedir. Eğer D digital işareti

n

n

n

n aaaaaD 22...222 1

1

3

3

2

2

1

1 (2)

olarak alınırsa, DAC çıkışı

)22...222( 1

1

3

3

2

2

1

1

n

n

n

n aaaaaRA (3)

Deney 9 2

olur. Elde edilen bu son denklem bir ikili digital/analog dönüştürücünün transfer

fonksiyonunu göstermektedir. Şekil 9.1’de basit bir DAC devresi görülmektedir.

Şekil 9.1’deki DAC devresinin çıkış gerilimi için

16842

2842

0123

0123

eeee

R

R

e

R

e

R

e

R

eVo

(4)

yazılabilir. Burada 3210 ve , , eeee gerilim kaynakları ikili 0 ve 1 işaretlerine karşı düşmek

üzere 0 volt veya E volt değerlerini alabilirler. Örneğin, ikili sayı 1010 ise çıkış gerilimi

16

10E volt, ikili sayı 1111 ise çıkış gerilimi

16

15E volt olacaktır. Bu devrede en anlamsız

bit (Least Significant Bit, LSB) 16

E volt değerine karşılık gelirken, en anlamlı bit (Most

Significant Bit, MSB) ise 2

E volt değerine karşılık gelmektedir. Toplam en büyük değer ise,

16

15

2

11

4

EE volt değerine karşılık gelir. Böyle bir devre ile çok bitlik bir

dönüştürücü yapmak, R, 2R, 4R, 8R, 16R, 32R, 64R … şeklinde elde edilmesi zor direnç

değerleri gerektirdiği için pratik değildir. Uygulanabilirliği daha yüksek olan ve merdiven tipi

DAC olarak adlandırılan bir devre Şekil 9.2’de verilmiştir.

Merdiven tipi devrenin en önemli özelliği, bütün düğüm noktalarından sola ve sağa doğru

bakıldığında görülen eşdeğer direncin hep 2R olmasıdır. Dolayısıyla düğüm noktalarından

sola ve sağa bölünen akımlar daima birbirine eşit olacaktır.

+

-

R/2

Vo

R

2R

4R

8R

0e +

-

+

-

+

-

+

- 1e 2e

3e

LSB

MSB

Şekil 9.1. 4 bitlik basit bir DAC devresi

Deney 9 3

Burada 3210 ve , , eeee kaynakları en anlamsızdan en anlamlıya doğru olmak üzere digital

girişleri göstermektedirler.

Şimdi digital girişler ile analog çıkış arasındaki ilişkiyi belirlemeye çalışalım. En anlamlı bite

karşılık gelen Ee3 volt, 0210 eee volt olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 9.3

(a) ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise,

volt2

volt2

3

62

32

3

3

33

EV

eRIV

R

eII

R

e

RR

eI

o

do

d

(5)

+

-

3R

Vo

R 2R R R

0e +

-

+

-

+

-

+

- 1e 2e

3e

LSB MSB

Şekil 9.2. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi

2R 2R 2R 2R 2R

1 2 3 4

Id

I

+

-

2R 2R 2R

3e

I/2 I/2

(a) (b)

I

+

-

2R 2R 2R

2e

I/4 I/2

2R

I/4

R

I/2 4 3 4

Şekil 9.3. Eşdeğer devreler

Deney 9 4

olarak hesaplanır. İkinci en anlamlı bite karşılık gelen Ee2 volt, 0310 eee volt

olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 9.3 (b) ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise,

volt4

volt4

3

124

32

2

2

22

EV

eRIV

R

eII

R

e

RR

eI

o

do

d

(6)

olarak hesaplanır. Benzer şekilde diğer bitler için çıkış gerilimleri hesaplanacak olursa,

üçüncü en anlamlı bit için çıkış gerilimi 8

EVo volt ve en anlamsız bit için çıkış gerilimi

16

EVo volt elde edilecektir. Toplamsallık teoremi kullanılarak devrenin genel çıkış ifadesi

yazılacak olursa;

16842

0123 eeeeVo (7)

elde edilecektir. Dikkat edilirse bu ifade, Şekil 1 ile verilen devrenin çıkış ifadesi ile aynıdır.

Merdiven tipi DAC devresinde değişiklik yapılarak istenilen uzunlukta dönüştürücü yapılması

mümkündür. İhtiyaç duyulacak malzeme sadece R ve 2R değerli dirençler olacaktır.

3. Hazırlık Soruları

a) Bir DAC için çözünürlük, doğrusallık, kararlı hale geçme süresi terimlerinin ne anlama

geldiğini araştırınız.

b) DAC0808 entegresi hakkında bilgi toplayınız ve bir uygulama devresi elde ediniz.

c) 5 bitlik bir DAC için en anlamlı ve en anlamsız bitin değeri nedir?

d) 5 bitlik merdiven tipi DAC devresinde E = 10 volt olduğuna göre 11010 kelimesi neye

karşılık gelir?



2. Voltmetre

3. 741 entegresi

4. 1 adet 500 Ω, 3 adet 1 kΩ, 6 adet 2 kΩ, 1 adet 3 kΩ, 1 adet 4 kΩ, 1 adet 8 kΩ


Deney 9 5


1- Şekil 9.5’te verilen devreyi CADET seti üzerinde kurunuz. Lojik anahtarlar yardımıyla

D3D2D1D0 digital kelimesinin alabileceği bütün durumlar için Vo çıkış gerilimini ölçerek

aşağıdaki tabloya kaydediniz. Devrenin girişi ile çıkışı arasındaki ilişkiyi gösteren transfer

fonksiyonunu elde ediniz.

D3 D2 D1 D0

Vo

[Volt]

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

+

-

500

Vo

1k

2k

4k

8k

Şekil 9.5. 4 bitlik DAC devresi

D0 D1 D2 D3

+5 V

D0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

D1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

D3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Girişler

Çıkış [Volt]

Deney 9 6

2- Şekil 9.6’da verilen devreyi CADET seti üzerinde kurunuz. Lojik anahtarlar yardımıyla

D3D2D1D0 digital kelimesinin alabileceği bütün durumlar için Vo çıkış gerilimini ölçerek

aşağıdaki tabloya kaydediniz. Devrenin transfer fonksiyonunu elde ediniz.

D3 D2 D1 D0

Vo

[Volt]

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

3- 1. ve 2. maddede elde ettiğiniz ölçüm sonuçlarını ve transfer fonksiyonlarını karşılaştırınız.

Hangi devre ile elde edilen sonuçlar istenilen sonuçlara daha yakındır? Nedenini açıklayınız.

D0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

D1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

D3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Girişler

Çıkış [Volt]

1 2 3 4

+

-

3k

Vo

1k 2k 1k 1k

Şekil 9.6. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi

2k 2k 2k 2k 2k

D3 D2 D1 D0

+5 V

Documents

Sayısal Devre Lab Deney Föyü 2013