Post on 29-Oct-2015
description
Tema 4
nvmntul profesional i tehnic n domeniul TICProiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013
Beneficiar Centrul Naional de Dezvoltare a nvmntului Profesional i Tehnic
str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, vet@tvet.roCircuite electronice digitaleMateriale de nvare partea a II-a Domeniul: Electronic i automatizriCalificarea: Electronist reele de telecomunicaiiNivel 22009AUTOR:
Mihaela Markovits Profesor grad didactic I Colegiul Tehnic George Bariiu Baia MareCOORDONATOR:
Remus Cazacu Profesor grad didactic I, Colegiul Tehnic de Comunicaii N.V. Karpen Bacu
CONSULTAN:IOANA CRSTEA expert CNDIPT
GABRIELA CIOBANU expert CNDIPTANGELA POPESCU expert CNDIPT
DANA STROIE expert CNDIPTAcest material a fost elaborat n cadrul proiectului nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC, proiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013Cuprins
4I. Introducere
6II. Resurse
7Tema 4. Codificatoare. Decodificatoare
7Fia de documentare 4.1
13Activitatea de nvare 4.1 Codificatoare
15Activitatea de nvare 4.2 Decodificatoare
18Tema 5. Demultiplexoare. Multiplexoare
18Fia de documentare 5.1
23Activitatea de nvare 5.1 Demultiplexoare
25Activitatea de nvare 5.1 Multiplexoare
27Tema 6. Comparatoare
27Fia de documentare 6.1
30Activitatea de nvare 6.1 Comparatoare
32Glosar
33III.Bibliografie
I. Introducere
Materialul de nvare are rolul de a conduce elevul la dobndirea competenelor:
Identific circuite integrate logice
Implementeaz funcii binare simple cu circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelor
Domeniul: Electronic i automatizri
Calificarea: Electronist reele de telecomunicaii
Nivelul de calificare: 2
Materialul cuprinde:
fie de documentare
activiti de nvare
glosarPrezentul material de nvare se adreseaz elevilor din anul de completare, domeniul Electronic i automatizri, calificarea Electronist reele de telecomunicaii.
TemaCompetena/rezultatul nvriiElemente componente
Tema 4. Codificatoare. Decodificatoare
Identific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorFia de documentare 4.1.
Codificatoare. Decodificatoare
Activitatea de nvare 4.1.
Codificatoare
Activitatea de nvare 4.2.
Decodificatoare
Tema 5. Demultiplexoare. MultiplexoareIdentific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorFia de documentare 5.1.
Demultiplexoare. Multiplexoare
Activitatea de nvare 5.1.
Demultiplexoare
Activitatea de nvare 5.2. Multiplexoare
Tema 6. ComparatoareIdentific circuite integrate logice
Verific funcionarea montajelor
Fia de documentare 6.1.
Comparatoare
Activitatea de nvare 6.1.
Absolvenii nivelului 2, an de completare, calificarea Electronist reele de telecomunicaii, vor fi dobndi abilitai i cunotine care le vor permite s continue pregtirea la nivelul 3.
II. Resurse
Prezentul material de invare cuprinde diferite tipuri de resurse care pot fi folosite de elevi:
fie de documentare; activiti de nvare; glosar; bibliografie.
Elevii pot folosi att materialul prezent (n forma printat) ct i varianta echivalent online.
Tema 4. Codificatoare. Decodificatoare
Fia de documentare 4.1
Codificatorul este circuitul logic folosit pentru a realiza conversia unui numr zecimal n cod binar sau BCD. El furnizeaz la ieire un cuvnt de cod de mai muli bii la activarea uneia sau mai multor intrri.
Codificatorul de adres realizeaz codificarea binar a unui numr zecimal. El este realizat n dou variante:
Ca circuit neprioritar, folosit atunci cnd se activeaz o singur intrare
Ca circuit prioritar, folosit atunci cnd se activeaz mai multe intrriCodificatorul de adres neprioritar are 7 intrri (I1 I7) i 3 ieiri (A0, A1, A2).
Fig.1 Schema bloc a codificatorului de adres neprioritarLa activarea unei intrri cu nivel logic 1, pe ieiri apare codul binar corespunztor intrrii activate. I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0
1000000001
0100000010
0010000011
0001000100
0000100101
0000010110
0000001111
Fig.2 Tabelul de adevr al codificatorului de adres neprioritar
n cazul activrii simultane a mai multor intrri exist posibilitatea apariiei unei adrese eronate pe ieiri. Codificatorul de adres neprioritar este realizat cu pori logice de tip SAU (OR).Codificatorul de adres prioritar este realizat astfel nct pe ieiri apare codul intrrii cu prioritatea cea mai mare dintre cele activate. n acest scop fiecrei intrri de date i se asociaz o prioritate, care crete cu numrul su de ordine.
Fig.3 Schema bloc a codificatorului de adres prioritar Circuitul are att intrrile ct i ieirile active pe nivel logic 0: 8 intrri prioritare de date, ; o intrare de condiionare a funcionrii, ; o ieire care semnalizeaz faptul c toate intrrile de date sunt inactive, ; o ieire care semnalizeaz faptul c cel puin o intrare de date este activat,; 3 ieiri pe care apare, complementat, codul binar corespunztor intrrii de date cu prioritatea cea mai mare dintre cele activate, .
1xxxxxxxx11111
01111111111101
0xxxxxxx000010
0xxxxxx0100110
0xxxxx01101010
0xxxx011101110
0xxx0111110010
0xx01111110110
0x011111111010
00111111111110
Fig.4 Tabelul de adevr al codificatorului de adres prioritarCodificatorul de adres prioritar exist ca circuit integrat i are codul de catalog 74148.
Fig.5 Codificatorul de adres prioritar 74148 Codificatorul zecimal-BCD codific un numr zecimal n cod BCD. El exist ca circuit integrat , avnd cele 9 intrri i 4 ieiri active pe nivel logic 0. Codul de catalog al integratului este 74147.
Fig.6 Codificatorul zecimal - BCD 74147
Decodificatorul (DCD) este circuitul logic care activeaz una sau mai multe ieiri n funcie de un cuvnt de cod (adres) aplicat pe intrri.
Decodificatorul BCD-zecimal convertete un numr din BCD (zecimal codat binar) n cod zecimal. Circuitul are 4 intrri de adres (A, B, C, D) i 10 ieiri active pe nivel logic 0 ( ).
Fig.7 Schema bloc a decodificatorului BCD-zecimalDecodificatorul identific codul BCD aplicat pe intrri i activeaz prin 0 logic linia de ieire corespunztoare acestui cod.ABCD
00000111111111
00011011111111
00101101111111
00111110111111
01001111011111
01011111101111
01101111110111
01111111111011
10001111111101
10011111111110
10101111111111
10111111111111
11001111111111
11011111111111
11101111111111
11111111111111
Fig.8 Tabelul de adevr al decodificatorului BCD-zecimal
Strile 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111 sunt considerate stri false pentru c nu sunt incluse n codul BCD. La aplicarea codului corespunztor uneia din aceste stri, toate ieirile circuitului vor fi pe nivel logic 1.Decodificatorul BCD-zecimal se poate realiza cu 10 pori I NU (NAND), sau poate fi utilizat circuitul integrat 7442.
Fig.9 Decodificatorul BCD - zecimal 7442
Decodificatorul BCD- 7 segmente comand sistemele de afiaj numeric realizate cu apte segmente luminoase care pot fi becuri, diode electroluminiscente (LED-uri) sau cristale lichide. Circuitul are 4 intrri de adres (A, B, C, D) i 7 ieiri (a, b ,c, d, e, f, g) care comand apte segmente dispuse sub forma cifrei 8. a. b.Fig. 10 Decodificatorul BCD-7 segmente: a. Schema bloc; b. Dispunerea segmentelor n sistemul de afiaj numericAfiarea cifrei dorite ( vezi Fig. 11) se poate obine pornind de la starea iniial n care segmentele sunt fie toate aprinse, fie toate stinse.
Fig.11 Configuraia cifrelor n sistemul de afiaj numericStarea segment aprins se asociaz cu valoarea logic 1, iar cea de segment stins, cu valoarea logic 0.ABCDabcdefg
000001111110
000110110000
001021101101
001131111001
01004011001
010151011011
011060011111
011171110000
100081111111
100191110011
Fig.12 Tabelul de adevr al decodificatorului BCD-7 segmente
Pentru decodificatorul BCD-7 segmente exist dou circuite integrate, circuitul 7448 care respect tabelul de adevr din Fig.12 i circuitul 7446 care are aceleai conexiuni externe ca i 7448, dar este proiectat pornind de la ipoteza c toate segmentele sunt iniial stinse i se aprind cele corespunztoare afirii cifrei dorite. Fig.13 Decodificatoarele BCD 7 segmente 7446 i 7448Activitatea de nvare 4.1 Codificatoare Competene:
Identific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorObiective vizate:
s identifici tipuri de codificatoare s explici funcionarea codificatoarelor de adres i a codificatorului zecimal-BCD s precizezi rolul pinilor circuitelor integrate codificator de adres prioritar, respectiv codificator zecimal-BCD s evaluezi rolul circuitelor codificatoare n montajeTipul activitii: Cubul
Sugestii:
Clasa este mprit n 6 grupe, fiecare grup avnd cte un coordonator care va rostogoli un cub, urmnd ca grupa pe care o conduce s rezolve n 10 minute sarcina indicat de profesor pe faa superioar a cubului
Timp de lucru recomandat: 45 de minute
Coninutul: Codificatoare Obiectivul: Aceast activitate v va ajuta s identificai codificatoarele i s nelegei funcionarea i rolul acestora.Enun: Rezolvai sarcina care v revine prin rostogolirea aleatoare a cubului:
Descrie codificatoarele de adres (neprioritar i prioritar) i codificatorul zecimal-BCD Compar din punctual de vedere al conexiunilor codificatoarele de adres (neprioritar i prioritar) i codificatorul zecimal-BCD Analizeaz funcionarea codificatoarelor de adres (neprioritar i prioritar) i a codificatorului zecimal-BCD Asociaz ntr-un tabel de adevr nivelul logic al ieirilor n funcie de nivelul logic al intrrilor, pentru a explica funcionarea codificatoarelor de adres neprioritar i prioritar Aplic informaiile din catalogul de circuite logice integrate pentru a identifica configuraia circuitelor integrate 74147 i 74148 Argumenteaz superioritatea codificatorului de adres prioritar fa de cel neprioritar
Evaluare:
Timp de 5 minute coordonatorul fiecrei grupe va prezenta n plen rezultatele obinute. Punctajul realizat de fiecare grup se va acorda de ctre profesor n funcie de: ncadrarea n timp pentru rezolvarea sarcinii de lucru corectitudinea prezentrii
calitatea prezentrii
Activitatea de nvare 4.2 Decodificatoare Competene:
Identific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorObiective vizate:
s identifici tipuri de decodificatoare integrate s explici funcionarea circuitelor decodificatoare s precizezi rolul pinilor circuitelor integrate decodificatoare
s evaluezi rolul circuitelor decodificatoare n montajeTipul activitii: Metoda grupurilor de experi
Sugestii:
Elevii se mpart n 4 grupe, fiecare grup avnd iniial de rezolvat sarcinile nscrise ntr-o fi de lucru
Timp de lucru recomandat: 30 minute
Coninutul: Descrierea circuitelor decodificatoare Obiectivul: Aceast activitate v va ajuta s recunoatei circuite logice decodificatoare i s nelegei funcionarea i rolul acestora.
Enun: Avei la dispoziie 20 de minute pentru a rezolva sarcina de lucru care revine grupei voastre. Reorganizai apoi grupele, astfel nct n grupa nou format s existe cel puin o persoan din grupa iniial. Timp de 10 minute mprtii cu ceilali colegi din grupa nou format cunotinele acumulate la pasul anterior.
Grupa 1 Descrierea decodificatorul BCD-zecimal1. Definii rolul decodificatorului BCD-zecimal2. Desenai schema bloc a decodificatorului BCD-zecimal3. Precizai conexiunile decodificatorului BCD-zecimal Grupa 2 Descrierea decodificatorul BCD-7 segmente1. Definii rolul decodificatorului BCD-7 segmente2. Desenai schema bloc a decodificatorului BCD-7 segmente3. Precizai conexiunile decodificatorului BCD-7 segmenteGrupa 3 Funcionarea decodificatorul BCD-zecimal1. Completai tabelul de adevr al decodificatorului BCD-zecimal2. Explicai funcionarea circuitului pe baza tabelului de adevr3. Asociai ntabelul de mai jos pinii circuitului integrat 7442 cu conexiunile decodificatorului BCD-zecimal, preciznd i tipul conexiunii (intrare/ieire):ConexiuneaNumrul pinului pe circuitul integrat 7442
Tipul conexiuniiNotaie
Grupa 4 Funcionarea decodificatorul BCD-7segmente
1. Prezentai modul n care sunt dispuse segmentele n sistemele de afiaj numeric 2. Desenai configuraia cifrelor n sistemele de afiaj numeric3. Completai tabelul de adevr al decodificatorului BCD-7segmente, asociind starea segment aprins cu valoarea logic 1, iar cea de segment stins, cu valoarea logic 0.
Evaluare: Se realizeaz o interevaluare ntre elevi dup urmtoarele criterii:
1p- ncadrarea n timp pentru rezolvarea sarcinii de lucru
1p- claritatea desenelor executate4p- corectitudinea schemelor i tabelelor 2p- exactitatea datelor de catalog2p- identificarea configuraiei circuitelor integrate
Tema 5. Demultiplexoare. Multiplexoare
Fia de documentare 5.1
Demultiplexorul (DMUX) este circuitul logic care distribuie datele de pe o cale de intrare pe mai multe ci de ieire. Calea de ieire pe care sunt transmise datele este selectat printr-un cuvnt de cod (adres).
Circuitul are:
o intrare de condiionare a funcionrii, G1, care permite funcionarea atunci cnd este legat la mas (nivel logic 0); o intrare de date, G2, comun tuturor ieirilor; n intrri de adres; 2n ieiri active pe nivel logic 0. Un demultiplexor de 3 bii are 3 intrri de adres (A,B,C) i 8 ieiri ().
Fig.1 Schema bloc a unui DMUX de 3 biiFuncionarea circuitului, ilustrat n tabelul de adevr din Fig.2 pentru un demultiplexor de 2 bii, poate fi prezentat pe scurt astfel: dac G1 este pe nivel logic 1, circuitul este blocat, toate ieirile fiind n 1 logic
circuitul funcioneaz numai cu G1 legat la mas pentru fiecare dintre cele 4 combinaii distincte posibile care se pot aplica pe intrrile de adres este selectat cte o ieire pe ieirea selectat se transmit datele de pe G2G1G2AB
1xxx1111
00000111
01001111
00011011
01011111
00101101
01101111
00111110
01111111
Fig. 2 Tabelul de adevr al unui DMUX de 2 bii (4 ci)
Dac nu se utilizeaz intrarea de date, demultiplexorul devine un decodificator cu rolul de a selecta ieirea corespunztoare codului binar aplicat pe intrrile de adres.
Fig. 3 Demultiplexoare integrate din seriaTTL
Multiplexorul (MUX) este circuitul logic care permite trecerea datelor de la una din intrri la o unic ieire. Selecia intrrii se realizeaz prin intermediul unui cuvnt de cod (adres).Circuitul are:
o intrare de condiionare a funcionrii, , care permite funcionarea atunci cnd este legat la mas (nivel logic 0); n intrri de adres; 2n intrri de date; o ieire, W.Un multiplexor de 3 bii are 3 intrri de adres (A, B, C), 8 intrri de date (x0 x7) i o singur ieire (W).
Fig.4 Schema bloc a unui MUX de 3 bii (8 ci) Pentru un multiplexor de 2 bii funcionarea este ilustrat de tabelul de adevr din Fig.5.
ABx0x1x2x3W
1xxxxxx0
0000xxx0
0001xxx1
001x0xx0
001x1xx1
010xx0x0
010xx1x1
011xxx00
011xxx11
Fig.5 Tabelul de adevr al unui MUX de 2 bii (4 ci) Dac este pe 1logic, circuitul este blocat, ieirea W fiind n 0 logic Cuvntul de cod aplicat pe intrrile de adres duce la selecia unei intrri de date Pe ieire apar datele (0 sau 1) prezente pe intrarea de date selectat
Circuitele integrate multiplexoare pot avea pe lng ieirea W i ieire , sau numai ieire .
Fig.6 Multiplexoare integrate din seria CMOS
Fig.7 Multiplexoare integrate din seriaTTLActivitatea de nvare 5.1 DemultiplexoareCompetene:
Identific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorObiective vizate:
s identifici tipuri de demultiplexoare
s explici funcionarea demultiplexoarelor
s utilizezi circuitele integrate demultiplexoare ca decodificatoare de adres
s precizezi rolul pinilor circuitelor integrate demultiplexoare/decodificatoare
s evaluezi parametrii specifici circuitelor integrate demultiplexoare
Tipul activitii: Expansiune
Sugestii:
elevii se pot organiza n grupe mici (2-3 elevi) sau pot lucra individual
Timp de lucru recomandat: 30 minute
Coninutul: Descrierea circuitelor integrate demultiplexoareObiectivul: Dup aceast activitate vei putea s utilizai circuitele integrate demultiplexoare n diferite aplicaii.
Enun: Pornind de la urmtoarele patru enunuri incomplete, realizai un eseu de aproximativ 14 rnduri n care s dezvoltai ideile coninute n enunuri. n realizarea eseului cu titlul "Demultiplexorul" trebuie s folosii cele 10 cuvinte/expresii din lista dat.1. Demultiplexorul este circuitul logic care transmite ..................................................... 2. Un demultiplexor de 3 bii (8 ci) are o intrare de condiionare a funcionrii, ...........................................................
3. Funcionarea demultiplexorului poate fi descris astfel:
dac intrarea de condiionare a funcionrii este pe nivel logic 1 (+VCC), circuitul este blocat, toate ieirile fiind ...............
circuitul funcioneaz numai cu ......................
pentru fiecare dintre cele 16.........................
datele de pe intrarea de date .................... 4. Dac nu se folosete intrarea de date, demultiplexorul devine....................................
Lista de cuvinte/expresii: datele, intrri de adres, intrare de date, ieiri, nivel logic 1, intrarea de condiionare a funcionrii, mas, combinaii distincte posibile, transmise, decodificator de adres.
Evaluare: 5 puncte pentru folosirea corect n contex a celor 10 cuvinte/ expresii date n list
5 puncte pentru corectitudinea informaiilor
Activitatea de nvare 5.1 MultiplexoareCompetene:
Identific circuite integrate logice
Interconecteaz circuite integrate logice n montaje
Verific funcionarea montajelorObiective vizate:
s identifici circuite logice multiplexoare
s explici funcionarea multiplexoarelor
s precizezi rolul circuitelor integrate multiplexoare
s evaluezi parametrii specifici circuitelor integrate multiplexoare
Tipul activitii: Harta pianjen
Sugestii:
elevii se pot organiza n grupe mici (2-3 elevi) sau pot lucra individual
Timp de lucru recomandat: 20 minute
Coninutul: Descrierea circuitelor integrate multiplexoareObiectivul: Aceast activitate v va ajuta s utilizai circuitele integrate multiplexoare n montaje.
Enun: Folosind diferite surse (Internet, reviste de specialitate, Catalog de circuite integrate digitale, fia de documentare etc. ) obinei informaii despre multiplexorul de 8 ci (3 bii) i organizai-le dup modelul de mai jos:
Evaluare: Punctajul se acord difereniat n funcie de calitatea i numrul informaiilor furnizate, cte 2 puncte pentru fiecare informaie corect.
Tema 6. Comparatoare
Fia de documentare 6.1
Comparatorul digital este circuitul logic care permite determinarea valorii relative a dou numere binare.
Comparatorul digital de 1 bit compar dou numere de cte 1 bit, indicnd la ieire situaia n care se gsesc acestea.
Fig.1. Schema bloc a comparatorului digital de 1 bit
Circuitul are 2 intrri (Ai , Bi) i 3 ieiri (Y1, Y2, Y3). Pe intrri se aplic biii de acelai rang, iar pe ieiri apare rezultatul comparrii acestora:
situaia Ai < Bi, semnalizat cu nivel logic 1 pe ieirea Y1 situaia Ai = Bi, semnalizat cu nivel logic 1 pe ieirea Y2 situaia Ai > Bi, semnalizat cu nivel logic 1 pe ieirea Y3 AiBiY1 ( Ai < Bi)Y2 (Ai = Bi)Y3 (Ai > Bi)
00010
01100
10001
11010
Fig.2. Tabelul de adevr al comparatorului digital de 1 bitComparatorul digital de 4 bii compar dou numere, A i B, de cte 4 bii.A = A0 * 20 + A1 * 21 + A2 * 22 + A3 * 23B = B0 * 20 + B1 * 21 + B2 * 22 + B3 * 23
Fig.3 Schema bloc a comparatorului digital de 4 bii
Circuitul are:
8 intrri de date, A0A3 pentru biii numrului A i B0B3 pentru biii numrului B;
3 intrri de expandare (I.E.), ABi, utile pentru compararea unor numere mai mari de 4 bii; 3 ieiri care semnalizeaz poziia relativ a numerelor A i B, ABo. Intrri de dateIntrri de expandareIeiri
A3;B3A2;B2A1;B1A0;B0A > BA < BA = BA > BA < BA = B
A3>B3xxxxxx100
A3B2xxxxx100
A3=B3A2B1xxxx100
A3=B3A2=B2A1B0xxx100
A3=B3A2=B2A1=B1A0