Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Lódzkiej; Komputerowe projektowanie ukladów
Ćwiczenie 7 (Tydzień 14, opcja 4) Uklady cyfrowe
Zadanie 7.1 (Tydzień 14, opcja 4) Cyfrowy generator przebiegu schodkowego
Wprowadzić za pomocą programu Multisim do schematu obwód pokazany na rysunku 7.1A i 7.1B.
Część A zawiera przetwornik cyfrowo-analogowy oparty na konwerterze prąd-napięcie ze wzmacniaczem
operacyjnym U5A oraz drabince rezystorowej R-2R z kluczami sterowanymi napięciem. Klucze są sterowane z
inwerterów wykonanych na elementach cyfrowych U3/U4 (inwertery 74x04). Przelączają one drabinkę rezystorową,
a wzmacniacz operacyjny pracuje jako konwerter prąd-napięcie i jednocześnie bufor wyjściowy napięcia
analogowego. Źródlo V1 pelni funkcję źródla napięcia odniesienia (referencyjnego) dla przetwor nika. Źródla V2 i
V3 to symetryczne zasilanie elementów analogowych (wzmacniacze), źródlo V4 to dodatkowe zasilanie ukladów
cyfrowych. Wlaściwe zasilanie ukladów cyfrowych jest z węzlów DPWR i DGND (G_DPWR i G_DGND niejawne
na schemacie).
Część B zawiera 4 bitowy licznik binarny wykonany z użyciem ukladu U1, obwód resetu i dodatkowego wejścia
bramkującego ze wzmacniaczem operacyjnym w ukladzie komparatora napięcia U6 oraz bramkami Schmitta U2.
Cyfrowy licznik zbudowany jest z wykorzystaniem standardowego licznika synchronicznego 74x163, uklad resetu
zawiera przerzutniki Schmitta 74x14 sterowane obwodem RC (CR i RR). Rezystor R10, diody D1 i D2, to konwerter
poziomów napięć i zabezpieczenie wejścia ukladu U2C.
Parametry zastosowanych elementów są następujące:
U1 - 74S163
U2 - 74LS14
U3, U4 - 74S04
U5 - TL082
U6 - LF357/NS
D1, D2 - 1N4148
RR, CR 1 kΩ, 2.2 nF
drabinka rezystorowa R-2R - jak na zalączonym schemacie: R2, R4, R6, R9 500 Ω; R1, R3, R5, R7, R8 1 kΩ
V1 10 V
V2, V3 15 V
V4 5 V
S1-S8 - klucze Sbreak (przyjąć: RON=1 Ω, ROFF=1E6 Ω, VON=1 V, VOFF=0 V)
PODPOWIEDŹ: Sbreak w Multisim VOLTAGE_CONTROLLED_SPST.
DSTIM, LO, HI - elementy cyfrowe
V5, V6 - źródla napięciowe - parametry dobrać samodzielnie
Zastosuj jako wzmacniacze operacyjne i elementy cyfrowe makromodele pobrane z bibliotek elementów.
PODPOWIEDŹ: biblioteki Multisim zawierają serie TTL: 74STD (czyli 74 bramki standardowe), 74S, 74AS,
74LS, 74ALS, 74F zapoznać się i zastanowić się nad kryteriami wyboru jednej z podanych rodzin.
a)
ANALIZA TRAN: Wykonać analizę wielkosygnalową. DSTIM na wstępie należy obrać ONTIME i
OFFTIME po 5us (później zmieniać w szerokim, samodzielnie dobranym zakresie). Wyprowadzenie
,,Bramka" powinno być ustawione w stanie zezwalającym na pracę licznika 74S163.
Sprawozdanie: zamieścić odpowiedni wykres napięć zaznaczonych na schemacie znacznikami (markerami).
b) PROJEKT I: Zastosować wyszukane w bibliotekach uklady cyfrowe wykonane w różnych odmianach -
np. zamiast 74S163 - 74LS163 itd. Sprawdzić i skomentować - jakie znaczenie ma zamiana tych
elementów dla dzialania calego ukladu.
Sprawozdanie: zamieścić odpowiednie wykresy i skomentować cechy wybranych odmian ukladów cyfrowych.
c) PROJEKT II: Zastąpić klucze Sbreak modelami elementów o parametrach rzeczywistych (na przyklad
tranzystorami bipolarnymi lub unipolarnymi). Należy zaprojektować uklad podlączenia wybranych
elementów.
Sprawozdanie: zamieścić odpowiednie wykresy, wyjaśnić znaczenie dla dzialania calego ukladu zastosowania
modeli elementów o parametrach rzeczywistych.
d) PROJEKT III: Zamienić miejscami wzmacniacze operacyjne U5 i U6.
Sprawozdanie: zamieścić odpowiednie wykresy, wyjaśnić znaczenie doboru wzmacniaczy operacyjnych dla
dzialania calego ukladu.
e) PROJEKT IV: Zaproponować aplikację wykorzystującą wejście bramkujące.
Sprawozdanie: zamieścić odpowiednie wykresy, wyjaśnić zastosowane polączenia i przeznaczenie
zaproponowanego ukladu.
Strona 64 z 94
