sayısal devre laboratuvarı deney kitapçığı

Transkript

ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
SAYISAL DEVRE LABORATUVARI
DENEY KİTAPÇIĞI
Hazırlayanlar:
Yrd. Doç. Dr. Tevhit KARACALI
Yrd. Doç. Dr. Birol SOYSAL
Yrd. Doç. Dr. Bülent ÇAVUŞOĞLU
Arş. Gör. Dr. Emin Argun ORAL
Erzurum-2006
HAFTA
DENEY ADI
1
RTL,TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı
2
Boolean Fonksiyonlarının Minimum Kapılarla Gerçeklenmesi
3
Schmitt Tetikleme Devresi
4
Kodlayıcı, Kod Çözücü, Veri Seçici, Veri Yayıcı Devreler
5
Flip-Flop Devreleri
6
Uygulamalı vize sınavı
7
Karşılaştırma, Toplayıcı ve Çıkarıcı Devreler
8
Sayıcılar
9
Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Devreleri
10
Analog/ Digital Dönüştürücü
11
Digital/Analog Dönüştürücü
12
Telafi deneyi (meşru mazereti olanlar için)
13
Uygulamalı final sınavı
LABORATUVARIN İŞLEYİŞİ:
ii
(AŞAĞIDA BELİRTİLEN HUSUSLARI LÜTFEN DİKKATLİCE OKUYUNUZ !!!)
1- Her deney öncesi klasik 15 dakikalık quiz sınavı yapılacak. Quiz sorusu ya da soruları o hafta yapılacak
deneyle ilgili olacak ve deney konusuna çalışıp çalışmadığınız test edilmiş olacak. 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 yeralacak.
4- Daha önceki laboratuvarlarda olduğu gibi aynı formatta hazırlayacağınız deney raporlarınızı bir sonraki hafta
deneye başlamadan önce teslim ediniz.
5- Notlandırma:
Quiz
Rapor
Uygulamalı vize deneyi
: % 30
: % 30
: % 40
Vize (%70)
Uygulamalı Final Deneyi: % 30
6- Her hafta aynı masada deneyinizi gerçekleştireceksiniz ve deney masanızdan siz sorumlu olacaksınız.
7- Deney grupları: Çarşamba 09.00-12.00
8- Telafi deneyi, deneyler tamamlandıktan sonraki hafta yapılacak.
9- Vize ve final sınavları daha sonra belirlenecek tarihlerde yapılacak.
iii
Deney 1
RTL,TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı
I. Direnç ve Transistörle Yapılan (RTL) Kapı Deneyi
Deneyin Amacı:
1. Transistörü kesim ve doyum bölgelerinde çalıştırarak anahtar olarak kullanımını öğrenmek
2. Direnç ve transistörlerle yapılan kapı devresini incelenmesi
Teorik Bilgi
Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız.
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?
Deney için gerekli malzemeler:
1- C.A.D.E.T
2- 2 adet 3K3 ve 2 adet 390 Ω ¼ watt direnç
3- 2 adet yeşil, 1 adet kırmızı LED
4- 2 adet SPDT anahtar
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 tabloyu doldurunuz.
Anahtar Konumu
Yeşil LED
Kırmızı LED
Yanıyor Yanmıyor
Yanıyor Yanmıyor
Yanıyor Yanmıyor
Yanıyor Yanmıyor
0
1
Deney 1
1
R1
R1: 390 Ohm
R2: 3k3
390
SW1
SW-SPDT
BC238
R2
3k3
R3
390
D2
D1
Şekil 1A
+5V
R1
390
SW1
BC238
R2
3k3
SW2
BC238
R4
3k3
R3
R5
390
390
D2
D3
D1
Şekil 1B
Deney 1
2
3. Şekil 1B’deki devreyi kurunuz. (D2 ve D3 yeşil led, D1 kırmızı led)
4. Anahtarların konumunu değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz.
1. Anahtar 2. Anahtar 1. Yeşil LED (D2)
2. Yeşil LED (D3)
Kırmızı LED (D1)
Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor
0
0
0
1
1
0
1
1
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
3
II. TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı ve Karakteristikleri
Deneyin Amacı
TTL ve CMOS mantıksal kapılarının çalışmasını, karakteristiklerini ve birbirine olan üstünlükleri
öğrenmek
Teorik Bilgi
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- 1 adet 74LS00
3- 1 adet 4011
4- 2 adet DMM
5- 1 adet osiloskop
1. Şekil 2A’daki devreyi 74LS00 kullanarak kurunuz.
2. DMM leri mikroamper pozisyonuna ayarlayınız.
3. 10 K’lık Potansiyometreyi 0 V’dan başlayarak +5 V’a kadar 0.1 V aralıklarla artırırken giriş
gerilimi, giriş akımı ve çıkış akımını kaydediniz. Bu arada gürültü bağışıklığı için VIL ve VIH
gerilimlerini takip ederek kaydediniz.
4. Devreden DMM’leri kaldırıp girişe 1KHz’lik TTL sinyal uygulayınız (Şekil 2B).
5. Osiloskoptan çıkış ile giriş sinyallerini gözlemleyerek milimetrik kağıda çiziniz.
6. 1. adımdaki devreyi 4011 kullanarak tekrar kurunuz.
7. 2. - 5. adımları 4011’li devre için tekrarlayınız.
Deney 1
4
+5V
RV1
U1:A
U1:C
1
12
3
10
2
10k
U1:D
8
9
4011
11
13
4011
4011
U1:B
5
4
+88.8
A
+88.8
6
µA
µA
4011
B
Şekil 2A
U2:A
U2:C
1
U2:D
8
12
3
10
2
9
4011
11
13
4011
4011
U2:B
U2:A(B)
5
4
A
6
4011
B
Şekil 2B
1. Deneyden elde ettiğiniz sonuçları kullanarak hem 74LS00 hem de 4011 için çıkış yelpazesini,
yayılım gecikmesini ve gürültü bağışıklığını hesaplayınız.
Deney 1
5
Deney 2
Boolean Fonksiyonlarının Minimum Kapılarla Gerçeklenmesi
Deneyin Amacı:
Boolean kurallarıyla mantıksal denklemlerin gösterimini ve sadeleştirme yöntemlerini öğrenmek.
Teorik Bilgi
1- 2 girişli VE-DEĞİL kapıları kullanarak VEYA kapısı fonksiyonunu elde ediniz.
2- F= x.y’.z’+x.y’.z+x’.y.z+x.y.z fonksiyonunu Boolean kuralları veya harita yöntemi kullanarak
sadeleştiriniz.
3- Şekil 1B’deki devreyi sadeleştiriniz.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS00
1. Şekil 2A’daki devreyi kurunuz.
2. A girişini S1, B girişini S2 anahtarına ve F çıkışını logic prob’a bağlayınız.
3. Anahtarları sırayla 0 dan 1 konumuna geçirerek Tablo 1’i doldurunuz.
Tablo 1:
A(S1) B(S2) F
0
0
0
1
1
0
1
1
4. Şekil 2B’ deki devreyi sadeleştirme kurallarından yararlanarak elinizdeki malzeme ile kurunuz.
5. X girişini S1, Y girişini S2, Z girişini S3 anahtarına ve F çıkışını logic prob’a bağlayınız.
6. Anahtarları sırasıyla 0 dan 1 konumuna geçirerek Tablo 2’yi doldurunuz.
Deney 2
1
U1:A
1
3
A
2
U1:C
10
74LS00
F
8
9
74LS00
U1:B
4
B
6
5
74LS00
Şekil 2A
U1:A
U2:A
1
X
3
1
2
13
2
12
74LS00
74LS10
U1:B
Y
U2:C
9
10
11
U2:B
4
6
3
4
5
5
8
F
74LS10
6
74LS00
74LS10
U1:C
U1:D
10
Z
8
13
9
11
12
74LS00
74LS00
Şekil 2B
Tablo 2:
X(S1) Y(S2) Z(S3) F
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1- Tablo1’dan yararlanarak devrenin fonksiyonunu çıkarınız. Bu fonksiyon hangi mantıksal
kapıya aittir?
2- Tablo 2’den yararalanarak devrenin fonksiyonunu çıkarınız. Şekil 1B’deki devre ile aynı
sonuçları verip vermediğini kontrol ediniz.
Deney 2
2
DENEY 3
SCHMITT TETİKLEME DEVRESİ
1. Deneyin Amacı
Transistörlü ve işlemsel yükselteçli 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. Transistörlü Schmitt Tetikleme Devresi
Şekil 1’de transistörlü ST devresi verilmektedir. Bu devre aynı zamanda emetör bağlamalı
ikili (emitter-coupled binary) devre olarak da adlandırılır. Çünkü pozitif geri-besleme
emetördeki R3 direnci tarafından sağlanmaktadır.
VCC
C
R1
VG
R5
VÇ
R2
T1
R3
T2
T1, T2 :BC547
R1 = 4K7
R2 = 2K2
R3 = 3K3
R4 = 6K8
R5 = 4K7
C = 10 nF
VCC = + 15 V
R4
Şekil 1. Transistörlü Schmitt tetikleme devresi
Şekil 2’de devrenin geçiş özeğrisi verilmektedir. Tetikleme gerilimleri arasında V H = V2 − V1
gibi bir histerezis gerilimi vardır. Böyle bir devrenin girişine sinüzoidal bir işaret
uygulandığında elde edilecek çıkış dalga şekli Şekil 3’te verilmiştir. Giriş gerilimi V2
değerinden küçük olduğu sürece T1 kesimde, T2 doymada olacağından çıkış alçak seviye (AS)
olacaktır. Giriş gerilimi V2’den büyük olmaya başlayınca T1 iletime geçecek ve hızlı bir
şekilde T2’yi kesime sürecektir. Pozitif geri-beslemeden dolayı bu işlem çok hızlı bir şekilde
gerçekleşecektir. Çıkış yüksek seviye (YS) olacaktır. Giriş gerilimi V1 değerinin altına
Deney 3
1
düştüğünde çıkış tekrar AS olacaktır. Bu olay aşağıdaki tablo ile özetlenebilir:
Transistörlerin
Durumu
T1 Doymada
T2 Kesimde
T1 Kesimde
T2 Doymada
VG ≥ V2
VG ≤ V1
Çıkış
Seviyesi
YS
AS
VG(t)
V2
V1
VÇ
YS
VÇ(t)
t
YS
AS
V1
V2
VG
AS
Şekil 2. Transistörlü ST devresinin
geçiş özeğrisi
Şekil 3. ST’nin giriş ve çıkış işaretleri
t
V1 ve V2 gerilimleri ST’nin konum değiştirme, yani tetiklenme noktalarıdır. Çıkış T2’nin
kollektöründen alınmaktadır. Dolayısıyla T2 kesimde ise VÇ = VCC (YS) olur. T2 iletimde ise
VÇ = VCE2+VE (AS) olur.
Devrenin çalışmasının daha iyi anlaşılabilmesi için VG = 0 olduğu varsayılsın. Bu durumda,
T1’in bazı toprak potansiyelinde olduğundan ve T2’nin emetöründen akım aktığı için R3
üzerinde bir gerilim oluşacağından T1 kesimde olacaktır. T2 ise, VCC, R1, R2 ve R4’den dolayı
iletimde olacaktır. Bu durumdaki devre ve Thevenin eşdeğeri Şekil 4’teki gibi olur. Thevenin
eşdeğer devresinde VTH ve RTH değerleri aşağıdaki gibi hesaplanır:
RTH =
R4 ( R1 + R2 )
R4 + R1 + R2
(1)
VTH =
R4
VCC
R4 + R1 + R2
(2)
Deney 3
2
VCC
VCC
R1
R5
R5
VÇ
VÇ
R2
T2
RTH
T2
VTH
R4
R3
VÈ
R3
Şekil 4. T1 kesimde iken ST ve Thevenin eşdeğer devresi
T2’nin aktif bölgede çalıştığı kabul edilirse,
I C 2 = hFE 2 I B 2
VÇ' = VCC − I C 2 R5
(3)
V E' = ( I B 2 + I C 2 ) R3
eşitlikleri yazılabilir. Tasarım esnasında VTH ve RTH değerleri T2 transistörü aktif bölgede
olacak şekilde seçilir. T1’in iletime geçebilmesi için giriş geriliminin alması gereken en küçük
değer V2’dir.
V2 = VE' + VBE1
(4)
VG’nin artmaya başladığı varsayılsın. T1’in iletime geçebilmesi için VG > V2 olmalıdır. T1
iletime geçer geçmez VC1 gerilimi düşer. Bu ise VB2 geriliminin düşmesi, T2’nin daha az
iletimde olması ve IE2’nin azalması demektir. Bu arada IE1 akımı artmaktadır ama bu artış
IE2’deki azalmadan daha az olduğundan R3’deki toplam akımda azalma olmaktadır.
Dolayısıyla VE gerilimi azalmaktadır. VE’nin azalması T1’in daha fazla iletime girmesini
sağlamakta ve bu işlem pozitif geri-beslemeli olarak çok hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir.
Böylece T1 çok hızlı olarak doymaya, T2 de çok hızlı olarak kesime gider ve ST konum
değiştirmiş olur (YS).
T2 kesimde iken ST ve kollektörden bakıldığında görülen Thevenin eşdeğer devresi Şekil
5’teki gibi olur. Bu eşdeğer devre için VTH ve RTH,
RTH =
Deney 3
R1 ( R2 + R4 )
R1 + R2 + R4
(5)
3
VTH =
R2 + R4
VCC
R1 + R2 + R4
(6)
olarak hesaplanabilir. Bu durumda V`È gerilimi ise,
VG
VCC
VTH
R1
RTH
T1
VG
V`È
R3
T1
V`È
R2+ R4
R3
Şekil 5. T2 kesimde iken ST ve Thevenin eşdeğer devresi
V E'' = VTH − I C1 RTH − VCE1d
(7)
olacaktır. Burada VCE1d T1 transistörünün doyma durumundaki kollektör-emetör gerilimini
göstermektedir. T1’in doymada olması için gerekli olan minimum giriş gerilimi
V1 = VE'' + V BE1d
(8)
olacaktır. VG >V1 olduğu müddetçe T1 doymada kalacaktır. VG < V1 olduğunda pozitif geribesleme olayı tekrar gerçekleşir ve T1 tıkamaya, T2 iletime girer. Böylece ST’nin çıkışı tekrar
AS olur. C kapasitesi anahtarlama olayını hızlandırmak amacıyla kullanılmaktadır.
2.3. İşlemsel Yükselteçli Schmitt Tetikleme Devresi
İşlemsel yükselteçli ST devresi Şekil 6’da verilmektedir. Burada pozitif geri-besleme R1 ve R2
dirençleri yardımıyla uygulanmaktadır. Geri-beslemeli bir sistemde çevrim kazancı GK = -1
olursa, geri-besleme kazancı ( K Vf =
K
) sonsuz olur. Bu durumda çıkışın bir konumdan
1 + GK
diğer konuma geçişi keskin olur.
Bu devrede işlemsel yükselteç karşılaştırma görevi yapmaktadır. Giriş geriliminin 0 volttan
itibaren arttığı düşünülsün. VG < V2 olduğu sürece VÇ = +VCC olacaktır (YS). Süperpozisyon
teoremi kullanılarak Vf aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Deney 3
4
V f = (V R −
R2
R2
VR ) +
VÇ
R1 + R2
R1 + R2
(9)
R1
R2
VR +
VCC
=
R1 + R2
R1 + R2
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.
VG
-
VÇ
+
R1
Vf
R1 = 47K
R2 = 4K7
VCC = 15 V
VR = 5 V
VÇ
YS
R2
V1
V2
VG
AS
VR
Şekil 6. İşlemsel yükselteçli Schmitt tetikleme devresi
Şekil 7. Transistörlü ST devresinin
geçiş özeğrisi
Çıkış gerilimi VÇ = - VCC iken geri-besleme gerilimi
Vf =
R1
R2
VR −
VCC
R1 + R2
R1 + R2
(10)
olacaktır. Bu değer de ST’nin diğer konum değiştirme gerilimi olan V1’dir. Histerezis gerilimi
V H = V2 − V1 =
2 R2
VCC
R1 + R2
(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 7’de
verilmiştir.
3. Hazırlık Soruları
Aşağıdaki soruları çizgisiz A4 kâğıda cevaplamış olarak deneye geliniz.
a) Transistörlü ST devresinin nasıl tasarlanabileceğini araştırınız.
b) Transistörlü ST devresi ile işlemsel yükselteçli ST devresini karşılaştırınız.
c) İşlemsel yükselteçli ST devresinde VR geriliminin geçiş özeğrisine etkisini araştırınız.
(VR = +5 V ve VR = - 5 V alarak V1 ve V2 gerilimlerini hesaplayıp, özeğrileri çiziniz.)
Deney 3
5
4. Deney İçin Gerekli Malzemeler
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
C.A.D.E.T. deney seti
2 adet voltmetre
Ayarlanabilir DC gerilim kaynağı
2 x BC547 transistör
LM741
1N4007 diyot
2 x 4.7 kΩ, 2.2 kΩ, 3.3 kΩ, 6.8 kΩ, 47 kΩ direnç
10 nF kondansatör
Yeterli miktarda bağlantı teli
5. Deneyin Yapılışı
1- Şekil 1’de verilen devreyi kurunuz. Devrenin girişine ayarlanabilir DC gerilim kaynağı
bağlayınız. Giriş ve çıkış gerilimlerini birer voltmetre ile ölçerek devrenin geçiş özeğrisini
çıkarınız. AS ve YS durumlarında T1 Ve T2 transistörlerinin VBE, VCB ve VCE gerilimlerini
ölçünüz.
2- T1’in bazına 1N4007 diyotu (katodu baza gelecek şekilde) bağlayınız. Diyotun anoduna
5Sin 2π 1000t voltluk bir işaret uygulayınız. T1’in bazındaki ve çıkıştaki işareti osiloskopta
gözleyiniz. Giriş işaretinin frekansını 10 kHz ve 100 kHz yaptığınızda ne gibi değişiklikler
gözlüyorsunuz? C kondansatörünü devreden çıkarıp tekrar takarak etkisini inceleyiniz.
3- Şekil 6’da verilen devreyi kurunuz. VR = 5 V yaparak devrenin geçiş özeğrisini çıkarınız.
Devrenin girişine 5Sin 2π 1000t voltluk bir işaret uygulayarak giriş ve çıkış işaretlerini
osiloskopta inceleyiniz.
4- VR = 0 V ve VR = -5 V yaparak çıkış işaretinin nasıl değiştiğini inceleyiniz.
5- Transistörlü ve işlemsel yükselteçli ST devrelerinin geçiş özeğrilerini karşılaştırınız.
Deney 3
6
Deney 4
Kodlayıcı, Kod Çözücü, Veri Seçici, Veri Yayıcı Devreler
(Encoder, Decoder, Multiplexer, Demultiplexer)
I. Kodlayıcı (Encoder) Devresi
Deneyin Amacı:
Kodlayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması
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 4-1’de n-bit girişli ve n-bit çıkışlı bir kodlayıcı
gösterilmiştir. Girişlerden birisi tetiklendiği zaman çıkışta n-bitlik bir çıkış kodu üretilecektir.
Şekil 4.1
8:3 Kodlayıcı
Şekil 4-2’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.
Aslında
A0
girişi
Şekil 4.2
kapının girişine bağlanmamıştır.
A1 girişi “1” olursa Q2Q1Q0=001, A2 girişi “1” olursa Q2Q1Q0=010 olacaktır. Girişler arasında
Deney 4
1
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 4-3’te diyotlarla yapılmış basit bir matris kodlayıcı
gösterilmiştir.
Şekil 4.3
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.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS148
Deney 4
2
1. Şekil 4.4’deki devreyi kurunuz.
2. Girişleri S1-S8, çıkışları “logic indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız
+5V
U1
10
11
12
13
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
6
7
A0
A1
A2
GS
EI
EO
9
7
6
14
15
74LS148
Şekil 4.4
Tablo 1:
S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 A0 A1 A2 GS Eo
Deney 4
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
3
II. Kod Çözücü (Decoder) Devresi
Deneyin Amacı:
Kod çözücülerin çalışma prensiplerinin anlaşılması
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 4.5’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.
Şekil 4.5
1- 74LS138 decoder’ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.
Deney 4
4
1- 2’den 4’e (2:4) kod çözen devreyi mantıksal kapılar kullanarak gerçekleyiniz.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS155
1. Şekil 4.6 daki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.
2. Girişleri S1-S3, çıkışları “logic indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız
+5V
U2
1
2
3
6
4
5
A
B
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
E1
E2
E3
15
14
13
12
11
10
9
7
74LS138
Şekil 4.6
Tablo 2:
A(S1) B(S2) C(S3) Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
Deney 4
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
5
III. Veri Seçici (Multiplexer) ve Veri Yayıcı (Demultiplexer)
Deneyin Amacı:
Veri seçicilerin ve veri yayıcılarınçalışma prensiplerinin anlaşılması.
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.
Şekil 4.7
Veri yayıcılar, veri seçicilerin tam tersi işlem yapmaktadırlar. En yaygın olarak 4051 demultiplexer
kullanılmaktadır.
1- 4051 demultiplex’e ait katalog bilgilerini temin ederek çalışınız.
1- 74LS151 ’ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz.
Deney 4
6
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS151
1. Şekil4.8’deki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.
2. A girişini S1, B girişini S2, C girişini anahtarına S3, Y çıkışlarını “logic indicators”LED’ine sırası
ile bağlayınız.
Şekil 4.8
Tablo 3:
A(S1) B(S2) C(S3) Y
Deney 4
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
7
Deney 5
Flip-Flop Devreleri
Deneyin Amacı:
Flip-flopların çalışmasını ve türlerini anlamak.
Teorik Bilgi
Sayısal Elektronik dersi ders notlarından ardışıl (Sequential) devreler bölümüne bakınız.
1: Temel Mantıksal Kapılar ile R – S Flip Flop
1- Şekil 5.1 devrede NAND kapıları yerine NOR kapıları kullanarak R-S flip flop devresini
oluşturarak doğruluk tablosunu elde ediniz. Şekil 5.1 deki devreden farkı nedir? Açıklayınız.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS00
1. Şekil 5.1 deki devreyi kurunuz.
2.
girişler S1, S2 anahtarı, çıkışlar “logic indicators”LED’leridir. Bağlantıyı yapınız.
Tablo 1:
S1 S2 A
Deney 5
0
0
0
1
1
0
1
1
B
1
+5V
S1
U1:A
1
3
SW-SPDT
2
74LS00
U1:B
4
S2
6
5
74LS00
SW-SPDT
A
B
Şekil 5.1
2: J – K Flip Flop
74LS76 entegresine ait datasheet’i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz.
1- R-S ile J-K flip-flop arasında ne fark vardır? Açıklayınız.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS76
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:
Deney 5
S1(J)
S2(K)
S3(clock)
0
0
↑↓
0
1
↑↓
1
0
↑↓
1
1
↑↓
Qn
2
Qn+1
4. Şekil 5.2 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.
+5V
S1
SW-SPDT
2k2
1
16
S2
Q
Q
15
CLK
K
3
S3
J
S
2
U1:A
R
R1
4
14
74LS76
Q
SW-SPDT
Şekil 5.2
Tablo 3:
S1(S) S2(R)
S3(clock)
0
0
↑↓
0
1
↑↓
1
0
↑↓
1
1
↑↓
Qn
Qn+1
2: D Flip Flop
74LS74 entegresine ait datasheet’i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS74
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.)
Deney 5
3
+5V
S1
D
Q
Q
5
CLK
6
74LS74
S3
Şekil 5.3
Tablo 4:
S1(S) S3(clock)
Deney 5
0
↑↓
0
↑↓
1
↑↓
1
↑↓
Qn
D1
LED-RED
1
3
S
2
2k2
U2:A
4
SW-SPDT
R
R2
Qn+1
4
Deney 6
Karşılaştırma, Toplayıcı ve Çıkarıcı Devreler
I. Karşılaştırma Devresi
Deneyin Amacı:
Sayısal karşılaştırıcıların tasarımının ve çalışmalarının anlaşılması
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 3.1‘de basit
bir karşılaştırıcı gösterilmiştir.
X
X<Y
Karşılaştırıcı
X=Y
Y
X>Y
Şekil 6.1
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.
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 6.1 deki blok ifadeleri ve mantıksal kapıları
kullanarak tasarlayınız.
3- 74LS85 4-bit karşılaştırma entegresinin datasheet’ini edinerek 2 adet 24 bitlik WORD
karşılaştırmasını inceleyiniz.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS00
3- 1 adet 74LS04
4- 1 adet 74LS86
5- 1 adet 74LS85
Deney 6
1
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 6.2’ 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.
X
U1
10
12
13
15
9
11
14
1
2
3
4
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
A<B
A=B
A>B
74LS85
Y
+5V
Şekil 6.2
Deney 6
2
QA<B
QA=B
QA>B
7
6
5
Tablo 2:
(S4) X(S3) X(S2) X(S1) Y(S4) Y(S3) Y(S2) Y(S1) 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
X=Y X>Y
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.
Deney 6
3
II. Yarım Toplayıcı ve Tam Toplayıcı Devreleri
Deneyin Amacı:
ALU’daki yarım ve tam toplayıcı birimlerinin karakteristiklerinin anlaşılması
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 yarımtoplayıcı kullanılarak gerçeklenebilir. Şekil 6.3 (a) ve (b)’de yarım-toplayıcı ve tam-toplayıcının
devreleri ve simgeleri gösterilmiştir.
X
U1:A
1
3
T
2
Y
74LS86
X
Yarim
T
(a)
Toplayici
Y
U2:A
1
3
E
E
2
74LS00
Tam Toplayici
X
Yarim
Toplayici
T
E
X
Y
Yarim
T
T
Toplayici
Y
Eo
Ei
E
Şekil 6.3
Deney 6
4
(b)
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS00
3- 1 adet 74LS32
4- 1 adet 74LS86
1. Şekil 6.3 (a)’deki devreyi kurunuzn 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 6.3 (b)’deki devreyi kurunuz devreyi kurunuz.
5. X girişini S1, Y girişini S2 ve Ei girişini S3 anahtarına, T
indicators”LED’lerine sırası ile bağlayınız.
Tablo 2:
X(S1) Y(S2) Ei(S3) T Eo
Deney 6
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
5
ve Eo çıkışlarını “logic
II. Yarım Çıkarıcı ve Tam Çıkarıcı Devreleri
Deneyin Amacı:
Tümleme teorisinin ve yarım ve tam çıkarma devrelerinin gerçeklenmesi
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.
A
Fark (F) = A`B+AB`
Yarım
Çıkarıcı
B
A
Borç (B) = A`B
U1:A
1
3
0–0=0
0 – 1 = 1 (Borç =1)
1–0=1
1–1=0
Fark
2
74LS86
B
(a)
U4:A
1
U5:A
1
74LS04
A
B
3
2
Borç
2
74LS08
A
Yarım
Çıkarıcı
Yarım
Çıkarıcı
B
Fark
(b)
C
Tam Çıkarıcı
Borç
Şekil 6.4
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS04
3- 1 adet 74LS08
4- 1 adet 74LS32
5- 1 adet 74LS86
Deney 6
6
1. Şekil 6.4 (a)’deki devreyi kurunuzn 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 6.4 (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) A(S2) B(S3) F B
0
0
0
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
7
Deney 7
Sayıcılar
Deneyin Amacı:
Sayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması ve J-K flip-floplarıyla nasıl gerçeklendiklerinin
incelenmesi.
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 74LS04
4- 1 adet 74LS00
5- 1 adet 74LS161
I.
Asenkron 2 Tabanında Yukarı Sayıcı
2. B1(clock) girişini CADET üzerindeki darbe üretecine A2 girişini ise CADET üzerindeki
anahtarlardan birine bağlayınız. L1~L4 girişlerini CADET üzerindeki lojik göstergelere
bağlayınız.
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 7.2’ye kaydediniz.
Deney 7
1
Şekil 7.1
L1
L2
L3
L4
Şekil 7.2
4. Sayma sürecinde A2 anahtarı 1 konumuna getirilirse ne olur?
Deney 7
2
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 7.3a daki devreyi kurunuz.
2. Sayıcının ENP girişini şekilde görüldüğü gibi CADET üzerindeki anahtarlardan birine
bağlayınız ve sayıcıyı anahtarı kapalı konuma getirerek çalıştırınız.
3. Şekil 7.3b deki devreyi kurarak devrenin 3ile 12 arasında saydığını gözlemleyiniz.
4. 74161 ve gerekli lojik kapıları kullanarak 6 ile 15 arasında sayan bir sayıcı tasarlayınız.
a)
b)
Şekil 7.3
1- Şekil 7.1 deki devrenin geri sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması
gerekir?
2- Şekil 7.1 deki devrenin BCD sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması
gerekir?
Deney 7
3
Deney 8
Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Devreleri
(Ötelemeli Saklayıcı Devreleri)
Deneyin Amacı:
Kaydedicilerin çalışma prensiplerini kavramak
Teorik Bilgi
1: D Türü Flip Flop’lar ile Kaydırmalı Kaydedici Gerçekleştirme:
Deney Öncesi Hazırlık
74LS74 entegresine ait datasheet’i elde ediniz ve bu datasheet’le birlikte deneye geliniz.
1- C.A.D.E.T
2- 1 adet 74LS74
3- 3 adet 2k2, 4 adet 330 Ω direnç
1. Şekil 8.1 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:
Deney 8
S1(D1)
S2(saat)
0
1
1
1
0
1
1
1
D1
D2
1
D3
D4
+5V
R2
2k2
S1
74LS74
S3
A
74LS74
10
CLK
Q
U2:B
D
S
12
Q
R
8
Q
5
11
R
Q
U2:A
4
CLK
D
S
Q
2
3
R
6
D
9
Q
74LS74
9
CLK
6
13
2k2
10
CLK
Q
U1:B
1
2k2
12
11
1
R1
Q
5
S
D
R
3
S
2
R3
U1:A
4
SW-SPDT
13
S2
8
74LS74
R4
R5
R6
R7
330
330
330
330
A
D1
K
D2
K
A
D3
K
A
K
Şekil 8.1
1- Bu devrede kullanılan LEDler D-tipi FF çıkışlarının hangi durumnda (H veya L)
yanmaktadırlar, niçin?
2- Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 8.1’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:
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
Deney 8
2
D4
1- Şekil 8.2 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.
Vcc=5V
S2
R3
330
R4
330
D1
R5
330
D2
R6
330
D3
D4
R2
2k2
R1
2k2
16
15
Vcc
14
QA
13
QB
12
QC
11
QD
10
CLOCK
9
S1
S0
74LS194
CLEAR Inp serial R
1
2
A
3
B
C
4
5
D
6
Inp serial L GND
7
S1
S3
Deney 8
3
8
Tablo 2:
S1(D1)
S2(saat)
0
↑
1
↑
0
↑
1
↑
D1
D2
D3
D4
1- Bu devrede kullanılan LEDler 74LS194 çıkışlarının hangi durumnda (H veya L)
yanmaktadırlar, niçin?
2- Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 8.2’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
4
DENEY 9
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
D≡
A
R
(8)
bağıntısıyla verilir. Burada A analog giriş işaretini, R analog referans işaretini ve D digital
çıkış işaretini göstermektedir. Bu ifade bir özdeşliktir ve
D’nin
A
oranına belli bir
R
çözünürlük içerisindeki en yakın yaklaşımı olduğunu göstermektedir. Bu bağıntı daha açık
olarak
Deney 9
1
(
A ≅ R a1 2 −1 + a 2 2 −2 + ... + a n −1 2 − n +1 + a n 2 − n
)
(9)
biçiminde yazılabilir.
Analog/Digital dönüşümü için farklı yöntem ve devreler mevcuttur. Her birinin kendine göre
avantaj ve dezavantajları vardır. Şekil 1’de Paralel ADC (Flash ADC) olarak adlandırılan,
oldukça hızlı çalışan fakat n bitlik dönüştürücü için 2 n − 1 adet karşılaştırıcı gerektiren ADC
devresi verilmektedir.
+
Referans
Gerilimi
I7
R
-
I6
+
-
I5
+
R
+
I4
R
+
I3
KODLAYICI
R
R
+
MSB A
2
A1
LSB
Digital
Çıkışlar
A0
I2
R
Analog
Giriş
+
I1
+
R
Şekil 1. 3 bitlik paralel ADC
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 2’de National Semiconductor firması tarafından üretilen 74F148 kodlayıcı entegresinin
Deney 9
2
bacak bağlantıları ve ilgili doğruluk tablosu verilmektedir.
Şekil 2’de de görüldüğü gibi 74F148 16 bacaklı bir entegredir. 8 alçak aktif girişi ( I 0 − I 7 )
olan entegre 3 adet de alçak aktif çıkışa sahiptir. Devrenin giriş kabul edebilmesi için giriş
Şekil 2. 74F148 entegresinin bacak bağlantıları ve doğruluk tablosu
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.
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?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Voltmetre
2 x LM324
74F148 kodlayıcı
7 x 1 kΩ direnç
Deney 9
3
1- Şekil 1’de verilen devreyi 74F148 kullanarak ve R = 1 kΩ alarak kurunuz. Referans
gerilimini VR = 5 volt alınız. Çıkışları (A0-A2) birer LED’e uygulayınız ki seviyeleri rahatlıkla
gözleyebilesiniz. Analog giriş işaretini 0 volttan itibaren 0.25 volt adımlarla 5 volta kadar
değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz ve ADC’nin transfer fonksiyonunu elde ediniz.
Vg
[Volt]
0.00
0.25
Çıkışlar
A2 A1 A0
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
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
4.00
4.25
4.50
4.75
0
0.5
1.0
5.00
Deney 9
4
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0 Giriş [V]
DENEY 10
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 yada 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,
A = RD
(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
D = a1 2 −1 + a 2 2 −2 + a3 2 −3 + ... + a n −1 2 − n +1 + a n 2 − n
(2)
olarak alınırsa, DAC çıkışı
A = R(a1 2 −1 + a 2 2 −2 + a3 2 −3 + ... + a n −1 2 − n +1 + a n 2 − n )
Deney 10
1
(3)
olur. Elde edilen bu son denklem bir ikili digital/analog dönüştürücünün transfer
fonksiyonunu göstermektedir. Şekil 1’de basit bir DAC devresi görülmektedir.
R
MSB
R/2
2R
LSB
+
-
+
e3
-
+
e2
e1
-
+
-
4R
-
8R
+
Vo
e0
Şekil 1. 4 bitlik basit bir DAC devresi
Şekil 1’deki DAC devresinin çıkış gerilimi için
e ⎞R
e
e
⎛e
Vo = −⎜ 3 + 2 + 1 + 0 ⎟
⎝ R 2 R 4 R 8R ⎠ 2
e
e e ⎞
⎛e
= −⎜ 3 + 2 + 1 + 0 ⎟
⎝ 2 4 8 16 ⎠
(4)
yazılabilir. Burada e0 , e1 , e2 ve e3 gerilim kaynakları ikili 0 ve 1 işaretlerine karşı düşmek
üzere 0 volt veya E volt değerlerini alabilirler. Örneğin, ikili sayı 1010 ise çıkış gerilimi
−
10E
15E
volt, ikili sayı 1111 ise çıkış gerilimi −
volt olacaktır. Bu devrede en anlamsız
16
16
bit (Least Significant Bit, LSB) −
Significant Bit, MSB) ise −
1
⎛
− E ⎜1 − 4
⎝ 2
15E
⎞
⎟=−
16
⎠
E
volt değerine karşılık gelirken, en anlamlı bit (Most
16
E
volt değerine karşılık gelmektedir. Toplam en büyük değer ise,
2
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 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.
Deney 10
2
3R
1
R
R
2
R 4
3
2R
-
Id
2R
2R
+
-
2R
e0
LSB
+
e1
-
2R
+
-
e2
+
2R
+
-
Vo
e3
MSB
Şekil 2. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi
Burada e0 , e1 , e2 ve e3 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 e3 = E volt, e0 = e1 = e2 = 0 volt olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3 (a)
ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise,
I/2
3
4
4
R
2R
I/2
+
2R
2R
2R
I
I/2
I/2
-
e3
+
-
2R
2R
2R
I
I/4
I/4
e2
(a)
(b)
Şekil 3. Eşdeğer devreler
e3
e
= 3
2 R + R 3R
e
I
Id = = 3
2 6R
e
Vo = − I d 3R = − 3 volt
2
E
Vo = − volt
2
I=
Deney 10
(5)
3
olarak hesaplanır. İkinci en anlamlı bite karşılık gelen e2 = E volt, e0 = e1 = e3 = 0 volt
olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3 (b) ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise,
e2
e
= 2
2 R + R 3R
e
I
Id = = 2
4 12 R
e
Vo = − I d 3R = − 2 volt
4
E
Vo = − volt
4
I=
(6)
olarak hesaplanır. Benzer şekilde diğer bitler için çıkış gerilimleri hesaplanacak olursa,
üçüncü en anlamlı bit için çıkış gerilimi Vo = −
Vo = −
E
volt ve en anlamsız bit için çıkış gerilimi
8
E
volt elde edilecektir. Toplamsallık teoremi kullanılarak devrenin genel çıkış ifadesi
16
yazılacak olursa;
e
e e ⎞
⎛e
Vo = −⎜ 3 + 2 + 1 + 0 ⎟
⎝ 2 4 8 16 ⎠
(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.
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?
1.
2.
3.
4.
5.
Voltmetre
741 entegresi
Değişik değerli dirençler
Deney 10
4
1k
500Ω
2k
+5 V
D3
D1
D2
4k
-
8k
+
Vo
D0
Şekil 5. 4 bitlik DAC devresi
1- Şekil 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
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
Deney 10
Vo
Çıkış [Volt]
[Volt]
Girişler
D0
D1
D2
D3
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
5
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
3k
1k 2
1
2k
+5 V
2k
D3
1k 3
2k
1k 4
2k
-
Vo
+
2k
D1
D2
2k
D0
Şekil 6. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi
2- Şekil 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
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
Vo
Çıkış [Volt]
[Volt]
Girişler
D0
D1
D2
D3
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
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.
Deney 10
6

sayısal devre laboratuvarı deney kitapçığı

Transkript

Benzer belgeler

Mantık Devreleri Deney Föyü

çekme deneyi

Eğlenceli Bilim Ek Deneyler

fız191 fizik ı laboratuvarında dikkat edilmesi gereken kurallar

Deney 11 - omerkaksi

Lab 1 On-Calisma

Ölçme Laboratuarı Deney Föyü

Siemens Miyabi sistemini kullanarak hepatoselüler karsinomanın