Λύσεις — Άσκηση 17η · Απαριθμητές με Ο.Κ. (74LS90, 74LS193) (σελ. 47-49) – ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Β’ ΕΠΑΛ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — Άσκηση 17η · Απαριθμητές με Ο.Κ. (74LS90, 74LS193) (σελ. 47-49) – ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Λύσεις — Άσκηση 17η · Απαριθμητές με Ο.Κ. (74LS90, 74LS193) (σελ. 47-49)

Δεκαδικός απαριθμητής 74LS90 (modulo 10) με ένδειξη 7 τμημάτων (μέσω 74LS47), και αμφίδρομος απαριθμητής 74LS193 (up/down με παράλληλη φόρτωση).

Δεκαδικός απαριθμητής 74LS90 ΚΑΙ ένδειξη 7 τμημάτων

Ζητούμενο: 5. Με τη γεννήτρια παλμών να δώσετε παλμούς στον απαριθμητή και χρησιμοποιώντας logic probe ή βολτόμετρο, να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα (Αριθμός παλμών που δίνονται από τη γεννήτρια παλμών· Είσοδοι απαριθμητή D C Β A· Έξοδοι Αποκωδικοποιητή a b c d e f g· Αριθμός που φαίνεται στον ενδείκτη 7 τμημάτων). 6. Να διατυπώσετε τα συμπεράσματά σας.

Πώς σκεφτόμαστε: Το 74LS90 μετρά 0→9 (BCD)· ο 74LS47 μετατρέπει τον BCD σε μοτίβο τμημάτων· ο ενδείκτης δείχνει το ψηφίο.

Λύση:

Σε κάθε παλμό ο απαριθμητής προχωρά: BCD 0000→0001→…→1001 (0→9).
Ο 74LS47 αποκωδικοποιεί κάθε BCD τιμή στα κατάλληλα τμήματα (a–g), και ο ενδείκτης δείχνει το ψηφίο 0,1,…,9.
Έξοδοι a b c d e f g του 74LS47 (ενεργές στο «0»: «0» = τμήμα αναμμένο, αφού ο ενδείκτης είναι κοινής ανόδου) ανά παλμό: 0 (DCBA=0000) → 0000001· 1 (0001) → 1001111· 2 (0010) → 0010010· 3 (0011) → 0000110· 4 (0100) → 1001100· 5 (0101) → 0100100· 6 (0110) → 1100000· 7 (0111) → 0001111· 8 (1000) → 0000000· 9 (1001) → 0001100 (σύμφωνα με τον πίνακα αληθείας του 74LS47 στα φύλλα δεδομένων).
Μετά το 9, ο επόμενος παλμός επαναφέρει στο 0 (modulo 10).

Απάντηση: Ο 74LS90 μετρά δεκαδικά 0→9 (modulo 10)· ο ενδείκτης 7 τμημάτων δείχνει το αντίστοιχο ψηφίο μέσω του αποκωδικοποιητή 74LS47.

Πρόσεξε:

Ο ενδείκτης 7 τμημάτων + 74LS47 μετατρέπει τον BCD σε ορατό ψηφίο.
Το 74LS90 είναι δεκαδικός απαριθμητής (BCD).

Αλλαγή σύνδεσης — modulo του μετρητή

Ζητούμενο: 7. Να αποσυνδέσετε το βραχυκύκλωμα που υπάρχει στους ακροδέκτες 2 και 3 του απαριθμητή, καθώς και το διακόπτη Δ. 8. Να συνδέσετε τους ακροδέκτες 2 και 3 του μετρητή στους ακροδέκτες 8 και 9 του απαριθμητή αντίστοιχα (οι ακροδέκτες 8 και 9 δεν αποσυνδέονται από τους ακροδέκτες 2 και 1 του αποκωδικοποιητή από BCD σε 7 τμήματα). 9. Με τη γεννήτρια παλμών ρολογιού (R-S latch) να δώσετε διαδοχικούς παλμούς (τουλάχιστον 15) παρατηρώντας τον ενδείκτη 7 τμημάτων. Ποιο είναι το modulo του μετρητή;

Πώς σκεφτόμαστε: Στο 74LS90 οι ακροδέκτες 2 και 3 είναι οι είσοδοι μηδενισμού R0(1), R0(2): όταν είναι και οι δύο «1», ο μετρητής μηδενίζεται αμέσως (ασύγχρονα). Οι ακροδέκτες 8 και 9 είναι οι έξοδοι QC και QB (γι' αυτό πηγαίνουν στις εισόδους C και B του 74LS47). Άρα ο μηδενισμός συμβαίνει τη στιγμή που QC=QB=1.

Λύση:

Ο μετρητής ξεκινά από 0000 και μετρά κανονικά 0, 1, 2, 3, 4, 5.
Στον 6ο παλμό η έξοδος γίνεται 0110 (QC=1, QB=1) ⇒ ενεργοποιούνται οι R0(1), R0(2) ⇒ ο μετρητής μηδενίζεται αμέσως στο 0000 (η κατάσταση 6 διαρκεί ελάχιστα και δεν φαίνεται στον ενδείκτη).
Με τους ≥15 παλμούς ο ενδείκτης δείχνει επαναλαμβανόμενα τον κύκλο 0→5 ⇒ modulo 6.

Απάντηση: Το modulo του μετρητή είναι 6: ο ενδείκτης δείχνει 0,1,2,3,4,5 και ξανά 0, γιατί στην κατάσταση 0110 (QC=QB=1) ενεργοποιούνται οι είσοδοι μηδενισμού R0 (ακροδέκτες 2, 3).

Πρόσεξε:

Με τη σύνδεση εξόδων στις εισόδους μηδενισμού R0 αλλάζουμε το modulo του 74LS90: για modulo N συνδέουμε τις εξόδους που είναι «1» στην κατάσταση N.
Η κατάσταση N (εδώ 6) εμφανίζεται μόνο στιγμιαία, γιατί ο μηδενισμός είναι ασύγχρονος.

Αμφίδρομος απαριθμητής 74LS193 (up/down)

Ζητούμενο: 4. Στις εισόδους A,B,C,D να «τοποθετήσετε» τον δυαδικό αριθμό από τον οποίο θα ξεκινάει η μέτρηση, ενεργοποιώντας την είσοδο παράλληλης φόρτωσης load. Αρχικά να τοποθετηθεί ο δυαδικός αριθμός 0000 (σχήμα Ε.17.2). 5. Με τη γεννήτρια παλμών ρολογιού συνδεδεμένη στην είσοδο COUNT UP, (η είσοδος COUNT DOWN στα +5V), δίνοντας παλμούς να επαληθεύσετε τον κύκλο μέτρησης. … 9. Να συνδέσετε τις εισόδους της πύλης NAND στους ακροδέκτες 2 και 3 του O.K. 74LS193. 10. Στις εισόδους A,B,C,D να «τοποθετήσετε» τον δυαδικό αριθμό 0110, από τον οποίο θα ξεκινάει η μέτρηση. 11. Με τη γεννήτρια παλμών ρολογιού συνδεδεμένη στην είσοδο COUNT DOWN, (η είσοδος COUNT UP στα +5V), δίνοντας παλμούς να παρατηρήσετε τη συμπεριφορά του κυκλώματος και να τη δικαιολογήσετε.

Πώς σκεφτόμαστε: Στο 74LS193 οι ακροδέκτες 3, 2, 6, 7 είναι οι έξοδοι QA, QB, QC, QD και ο ακροδέκτης 11 η είσοδος παράλληλης φόρτωσης LOAD (ενεργή στο «0»). Στο Σχήμα Ε.17.2 η πύλη NAND έχει εισόδους τους ακροδέκτες 2 (QB) και 7 (QD) και έξοδο στο LOAD: μόλις και οι δύο γίνουν «1», φορτώνεται αμέσως ο αριθμός των εισόδων A, B, C, D.

Λύση:

Βήμα 5 (COUNT UP, αρχή 0000): 0, 1, 2, …, 9. Στον επόμενο παλμό η έξοδος γίνεται 1010 (QD=QB=1) ⇒ η NAND δίνει «0» ⇒ φορτώνεται αμέσως το 0000. Ο κύκλος μέτρησης είναι 0→9 (δεκαδικός απαριθμητής, modulo 10).
Βήμα 11 (NAND στους ακροδέκτες 2 και 3, δηλαδή QB και QA· αρχή 0110, COUNT DOWN): 6 → 5 (0101) → 4 (0100) → 3 (0011). Στο 0011 είναι QB=QA=1 ⇒ η NAND δίνει «0» ⇒ φορτώνεται αμέσως ξανά το 0110.
Άρα ο ενδείκτης δείχνει επαναλαμβανόμενα 6, 5, 4 (το 3 εμφανίζεται μόνο στιγμιαία): αντίστροφη μέτρηση με κύκλο 3 καταστάσεων.

Απάντηση: Προς τα πάνω από 0000: κύκλος 0→9 (στο 1010 η NAND ενεργοποιεί το LOAD και φορτώνει 0000). Προς τα κάτω από 0110 με NAND στις QB, QA: κύκλος 6, 5, 4, γιατί στο 0011 φορτώνεται ξανά το 0110.

Πρόσεξε:

Δύο ξεχωριστές είσοδοι ρολογιού: COUNT UP και COUNT DOWN (η αχρησιμοποίητη στο «1»).
Η παράλληλη φόρτωση ορίζει το σημείο εκκίνησης της μέτρησης.

Παράλληλη φόρτωση ΚΑΙ τροποποιήσεις modulo

Ζητούμενο: 6. Να αποσυνδέσετε τις εισόδους A,B,C,D από το «0» και να «τοποθετήσετε» το δυαδικό αριθμό 0011, από τον οποίο θα ξεκινάει η μέτρηση. 7. Να τροποποιήσετε το κύκλωμα ώστε η είσοδος της πύλης NAND που είναι συνδεδεμένη στον ακροδέκτη 2 του O.K.74LS193 να συνδεθεί στον ακροδέκτη 3 του O.K.74LS193. 8. Με τη γεννήτρια παλμών ρολογιού συνδεδεμένη στην είσοδο COUNT UP, (η είσοδος COUNT DOWN στα +5V), δίνοντας παλμούς να παρατηρήσετε την αλλαγή στη συμπεριφορά του κυκλώματος και να τη δικαιολογήσετε.

Πώς σκεφτόμαστε: Μετά την τροποποίηση η NAND έχει εισόδους τον ακροδέκτη 3 (QA) και τον ακροδέκτη 7 (QD). Άρα ενεργοποιεί το LOAD όταν QD=QA=1, δηλαδή στην κατάσταση 1001 (9), και τότε φορτώνεται ο αριθμός 0011 των εισόδων.

Λύση:

Η μέτρηση ξεκινά από το 0011 (3) και προχωρά 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Στον επόμενο παλμό η έξοδος γίνεται 1001 (QD=QA=1) ⇒ η NAND δίνει «0» ⇒ φορτώνεται αμέσως το 0011.
Άρα ο ενδείκτης δείχνει επαναλαμβανόμενα 3→8 (6 καταστάσεις)· το 9 εμφανίζεται μόνο στιγμιαία.

Απάντηση: Ο απαριθμητής μετρά πλέον 3, 4, 5, 6, 7, 8 και ξανά 3: η NAND (QD, QA) ανιχνεύει το 1001 και ενεργοποιεί το LOAD, που φορτώνει τον αριθμό εκκίνησης 0011.

Πρόσεξε:

Ο αριθμός που τοποθετείται στις A, B, C, D ορίζει την αρχή του κύκλου· η κατάσταση που ανιχνεύει η NAND ορίζει το τέλος του.
Η φόρτωση του 74LS193 είναι ασύγχρονη: η κατάσταση που ανιχνεύεται δεν φαίνεται στον ενδείκτη.