COLEGIUL TEHNIC ALEXANDRU DOMSA ALBA IULIA

TEMA: Studiul aplicatiilor circuitelor basculante bistabile

CALIFICARE: TEHNICIAN ELECTRONIST

INDRUMATOR: Prof.Ing.Achim Ovidiu Alexandru

ELEV: Vitan Ioan

1

IUNIE 2010 COLEGIUL TEHNIC ALEXANDRU DOMSA ALBA IULIA

PROIECT PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE CALIFICARE DE NIVEL 3

2

Cuprins

IUNIE 2009

1.Argument....................................................................... ...........................pag 4 2.Generalitati.................................................................... .........................pag 5 a) Definitii, Clasificari b) Metoda factorului de utilizare.

Capitolul I.pag 5 Definitii, Clasificari

Capitolul II........................................................................ .......pag 6 Analiza unui CBB asincron Tipuri functionare de CBB sincrone Capitolul IIIpag 91. CBB sincron tip RS (latch) 2. CBB de tip JK 3.CBB de tip D 4.CBB de tip T 5.Variante constructive pentru CBB sincrone 6.CBB cu intrare de validare

3

7.CBB Master-Slave 8.CBB dupa schema celor trei bascule 3. Normele de Protectie a Muncii..........................................................pag 17 4. Bibliografie....................................................................... .................pag18

1.ArgumentStiinta este un ansamblu de cunostinte abstracte si generale fixate intr-un sistem coerent, obtinut cu ajutorul unor metode adecvate si avand menirea de explica, prevedea si controla un domeniu determinat al realitatii obiective. Descoperirea si atitudinea legilor so teoremelor alectromagnetismul cu un secol si jumatate in urma au deschis o era noua a civilizatiei omenesti. Mecanizarea proceselor de productie a constituit o etapa esentiala in dezvolatarea tehnica a proceselor respective si a condus la uriase cresteri ale productivitati muncii. Datorita mecanizarii, s-a redus efortul fizic depus de om in cazul proceselor de productie, intrucat masinile motoare asigura transformarea diferitelor forme de energie din natura in alte forme de energie direct utilizabile pentru actionarea masinilor unelte care executa operatiile de prelucrare a materialelor prime si a semifabricatelor. Dupa etapa mecanizarii.omul indeplineste in principal functia de conducere a proceselor tehnologice de productie. Operatiile de conducere nu necesita decat un efort fizic redus,dar necesita un efort intelectual important.pe de alta parte unele precese tehnice se desfasoara rapid, incat viteza de reactie a unui operator uman este suficienta pentru a trasmite o comanda necesara in timp util. Se constata astfel ca la un anumit stadiu de dezvoltare a proceselor de productie devine necesar ca o parte din fuctiile de conducere sa fie transferate unor echipamente si aparate destinate special acestui scop, reprezentand echipamente si aparate automatizate si cu adoptarea decizilor si solutiilor de perfectionare si optizare. Prin automatizarea proceselor de productie se urmareste asigurarea tuturor conditiilor de desfasurare a acestora fara interventia nemijlocita a operatorului uman. Aceasta etapa presupune crearea acelor mijloace tehnice capabile sa asigure evolutia proceselor intr-un sens prestabilit, asigurandu-se productia de bunuri materiale la parametri doriti. Etapa automatizari presupune existenta proceselor de productie astfel concepute incat sa permita implementarea lor mijloacelor de automatizare, capabile sa intervina intr-un sens dorit asupra proceselor sigurand conditiile de evolutie a acestora in deplina concordanta cu cerintele optime. Lucrarea de fata realizata la sfarsitul perioadei de perfectinare profesionala in cadrul liceului,

4

consider ca se incadreaza in contextul celor exprimate mai sus. Doresc sa fac dovada gradului de pregatire in calificarea ,,tehnician electronist", cunostinte dobandite in cadrul disciplinelor de invatamant. In acest fel am corelat cunostintele teoretice si practice dobandite in timpul scolii cu cele intalnite in documentatia tehnica de specialitate parcursa in perioada de elaborare a lucrari de diploma. Consider ca tema aleasa in vederea obtinerii deplomei de atestare nivel in specialitatea de ,,Tehnician electronist " dovedeste capacitatea mea de a sistematiza si sintetiza cunostintele

Circuite basculante bistabile

Capitolul I1.Defintii; clasificari Se numeste circuit basculant bistabil (CBB) un circuit logic secvential cu doua stari stabile notate 0 respectiv 1.Structura generala a unui CBB este prezentata n Figura 1.

Bascula este elementul de memorie propriu-zis. Bascula este un CLS asincron cu doua stari stabile. R si S reprezinta intrarile de comanda asincrona ale basculei. R este intrarea de stergere (RESET); prin activarea acestei intrari, CBB este adus n starea 0 indiferent de starea initiala. S este intrarea de nscriere (SET); prin activarea acestei intrari, CBB este adus n starea 1 indiferent de starea initiala.

5

Pentru ca bascula sa functioneze corect, este necesar ca n orice moment sa fie activata cel mult una dintre intrarile de comanda R respectiv S. Att timp ct ambele comenzi sunt dezactivate, bistabilul si pastreaza starea nemodificata. Q - iesirea directa; valoarea logica a acestei iesiri defineste starea bistabilului. Q- iesirea complementara; avnd n vedere ca cele doua iesiri nu se obtin una prin complementarea celeilalte, este posibil ca n anumite situatii sa apara o inconsistenta logica de tipul QQ = O Astfel de stare se numeste stare de nedeterminare. SC este schema de comanda care genereaza comenzile R si S pentru bascula. O schema de comanda poate fi un circuit logic combinational sau secvential. Un CBB prevazut cu o intrare de tact si intrari de comanda sincrone, se numeste CBB sincron. Un CBB prevezut numai cu intrari de comanda asincrone se numeste CBB asincron. Observatie! Un CBB sincron este prevazut de obicei cu una sau doua comenzi asincrone care permit stabilirea starii initiale a bistabilului. Deoarece intrarile de comanda asincrone sunt prioritare n raport cu cele sincrone, pentru ca bistabilul sa functioneze n regim sincron este necesar ca toate intrarile asincrone sa fie dezactivate.

Capitolul II2 Analiza unui CBB asincron n Figura 2 este reprezentata schema de principiu a unui bistabil RS asincron realizat cu porti NAND. Inversoarele au fost introduse pentru ca intrarile de comanda sa fie active pe nivel ridicat. Q este iesirea directa iar QN iesirea complementata. Aceasta este reprezentarea cea mai des utilizata. O alta varianta de reprezentare a aceleasi scheme este cea din Fig. 3. Portile U1A si U1B formeaza bascula propriuzisa iar portile U1C si U1D (care lucreaza n regim de inversor) formeaza schema de comanda.

Figura 2 6

Figura 3 Evolutia acestui CBB este descrisa cu ajutorul tabelului sintetic de evolutie a starilor prezentat n Figura 4 Continutul tabelului trebuie interpretat n felul urmator:

Figura 4 Daca ambele intrari sunt dezactivate (0 logic), CBB si pastreaza starea un timp nedefinit. Daca este activata numai intrarea de nscriere (S=1, R=0), CBB trece n starea 1 indiferent de starea anterioara. Daca este activata numai intrarea de stergere (S=0, R=1), CBB trece n starea 0 indiferent de starea anterioara. Daca sunt activate ambele intrari (S=1, R=1), CBB trece n starea de nedeterminare (Q=QN=1). Evolutia unui bistabil RS poate fi descrisa si cu ajutorul diagramei de stare din Figura 5.

7

Figura 5

Un esantion cu simularea functionarii schemei din Figura 2 este prezentat n Figura 7

Figura 7 Se observa ca n cazul n care R=S=1 si se trece brusc la R=S=0 (intrarile comuta simultan), bistabilul intra ntr-un regim oscilant (TOGGLE), ceea ce justifica necesitatea evitarii acestei situatii. n practica este necesar sa se cunoasca ce comenzi trebuie aplicate pe intrari la un moment dat pentru a genera o anumita tranzitie a starilor. Cu alte cuvinte este necesar sa se determine functiile de excitatie care genereaza tranzitia specificata. Functiile de excitatie care genereaza o anumita tranzitie se determina usor din tabelul sintetic de evolutie a starilor. Pentru exemplul considerat, analiza conduce la urmatoarele rezultate: Pentru ca CBB sa evolueze din starea 0 n starea 0 exista doua posibilitati: a) R=0 S=0 - se pastreaza vechea stare; 8

b) R=1 S=0 - se nscrie un nou 0. Pentru ca CBB sa evolueze din starea 0 n starea 1 exista o singura posibilitate: R=0 S=1 Pentru ca CBB sa evolueze din starea 1 n starea 0 exista o singura posibilitate: R=1 S=0 Pentru ca CBB sa evolueze din starea 1 n starea 1 exista doua posibilitati: a) R=0 S=0 - se pastreaza vechea stare; b) R=0 S=1 - se nscrie un nou 1. Structurile de tipul celei prezentate anterior nu intereseaza n mod direct tehnica de calcul dar reprezinta elemente constitutive de baza n realizarea bistabilelor sincrone utilizate n dispozitivele logice binare. 3 Tipuri functionale de CBB sincrone De-a lungul timpului s-au impus cteva tipuri de bistabile care se caracterizeaza fiecare printr-un anumit mod de realizare a tranzitiilor. La ora actuala se discuta despre 4 tipuri functionale de CBB si anume: CBB CBB CBB CBB tip tip tip tip RS; JK; D; T.

Capitolul III1. CBB sincron tip RS (latch) Schema bloc a unui CBB tip RS sincron este prezentata n Fig. 8.

Figura 8

Figura9

Figura 10

Semnalele de comanda au aceasi semnificatie ca si n cazul asincron. Evolutia starilor este prezentata n Fig. 9 si apparent evolutia n cazul sincron este identica cu cea din cazul asincron. n realitate deosebirea este fundamentala n sensul ca intrarile RS pot afecta starea bistabilului numai pe durata activarii impulsului de tact (TACT=1). Tabelul de excitatie din Figura 10 se deduce ca n paragraful precedent. n Fig. 11 este prezentata o varianta realizata cu porti NAND

9

Figura 11 Iar n Fig. 12 se vede un esantion din simularea functionarii acestei scheme.

Figura 12 Att timp ct TACT=0, portile U1C si U1D sunt blocate si nici o modificare a semnalelor de pe intrarile R si S nu poate afecta starea bistabilului. Daca TACT=1 portile U1C si U1D lucreaza n regim de inversor si schema lucreaza n regim asincron adica orice modificare a intrarilor R si S se va transmite catre iesire. 2. CBB tip JK Schema bloc este prezentat a n Figura 13. J este comanda de nscriere iar K comanda de stergere. Evolutia starilor este prezentata n Figura 14. n acest caz starea de nedeterminare este eliminate deoarece, atunci cnd sunt activate ambele semnale de comanda, bistabilul este fortat sa treaca n starea complementara starii prezente.

Figura 13

Figura 14

Figura 15

Tabelul de excitatie din Figura 15 se obine imediat printr-o analiza asemanatoare celei de la bistabilele RS. Se observa ca nivelul de nedeterminare a functiilor de excitatie este mai mare dect n cazulbistabilelor tip RS, cea ce conduce n general la functii de excitatie cu o

10

structura simpla. Acest fapt a impus mult timp acest tip de bistabile n sinteza circuitelor logice secventiale. 3. CBB tip D Functionarea se caracterizeaza prin faptul ca la fiecare activare a impulsului de tact informatia de pe intrarea D este preluata si transmisa la iesirea Q. Numele vine de la cuvntul englez "Delay" (ntrziere) deoarece informatia de la intrare se regaseste la iesire cu o anumita ntrziere (cel mult o perioada a impulsului de tact). Schema bloc este prezentat a n Figura 16. D este intrarea de date. Evolutia starilor este prezentata n Figura 17 iar tabelul de excitatie este prezentat n Figura 18.

Fig 16

Fig 17

Fig 18

Se observa ca pentru bistabilele tip D valoarea functiei de excitatie coincide cu valoarea starii urmatoare ceea ce simplifica generarea functiilor de excitatie n procesul de sinteza a SLC, ceea ce a impus puternic bistabile de acest tip n proiectarea asistata de calculator chiar daca este posibil ca functiile de excitatie obtinute sa aiba o complexitate mai mare datorita gradului mult mai mic de nespecificare n raport cu celelalte doua tipuri de bistabile prezentate anterior. 4.CBB tip T Functionarea unui bistabil tip T se caracterizeaza prin acea ca daca T=0 starea nu se modifica, indiferent ce se ntmpla pe intrarea de tact, iar daca T=1 bistabilul trece n stare complenmentara la fiecare activare a impulsului de tact. Schema bloc este prezentata n Figura 19. T este intrarea de comanda sincrona. Evolutia starilor este prezentata n Figura 20 iar tabelul de excitatie este prezentat n Figura 21.

11

Fig 19 Fig 20 Se observa ca evolutia starilor poate fi descrisa simbolic prin ecuatia:

Fig 21

Spre deosebire de celelalte tipuri de bistabile care exista sub forma de circuite integrate ntr-un numar mare de variante, CBB tip T nu sunt produse ca circuite integrate distincte deoarece pot fi obtinute foarte usor din celelalte tipuri de bistabile. Varianta cea mai generala se obtine conectnd mpreuna intrarile J si K (Figura 22)

Figura 22 Daca J=K=0 rezulta ca la activarea impulsului de tact Q(t+1)=Q(t). Daca J=K=1 rezulta ca la activarea impulsului de tact Q(t+1)=(t)Q n concluzie bistabilul obtinut va evolua ca un CBB tip T. Un eantion al simularii functionarii acestei scheme este prezentat n Figura 23.

Figura 23

12

Exista mai multe variante de implementare a unor bistabile care comuta la fiecare activare a impulsului de tact n starea complementara. Cea mai simpla soluie consta n conectarea permanent a intrarilor J i K la un nivel ridicat (Figura 24). O alta varianta de implementare consta n conectarea intrarii K la ieirea direct i a intrarii J la ieirea complementara (Figura 25). O varianta asemanatoare se poate obtine dintr-un bistabil tip D prin conectarea iesirii complementare la intrarea de date (Figura 26).

Fig 24

Fig 25

Fig 26

5. Variante constructive pentru CBB sincrone Din punctul de vedere al modului n care semnalul de tact controleaza transferul de informatie de la intrarile de comanda sincrona ctre iesirile bistabilului se disting trei mari tipuri de bistabile: intrare de validare (latch); cu master-slave; comutabile pe front (schema celor trei bascule). Cunoasterea tipului de bistabil din punctul de vedere al modului n care se realizeaza transferul de informatie de la intrare la iesire nu influenteaza direct procesul de sinteza dar este esentiala pentru implementarea SLC. Unele aplicatii impun folosirea numai unui anumit tip de CBB. 6. CBB cu intrare de validare La acest tip de bistabile transferul de informatie de la intrarile de comanda sincrona la iesire se produce imediat dupa activarea impulsului de tact si se realizeaza att timp ct impulsul de tact este activ. Din aceasta cauza, pentru

13

o functionare corecta este necesar ca intrarile sa nu isi modifice valoarea pe toata durata de activare a impulsului de tact, ceea ce n multe aplica tii este greu sau chiar imposibil de realizat. Acest lucru limiteaza mult sfera de utilizare a acestor bistabile. Un exemplu tipic este bistabilul RS prezentat n Fig. 11 Bistabilele de acest tip se numesc si latch (zavort) deoarece informatia nscrisa pe durata activarii impulsului de tact ramne nemodificata pna la urmatoarea activare a semnalului de tact. Avnd n vedere aceasta proprietate, intrarea de tact poate fi considerata o intrare de validare (enable input sau gate input) a inscrierii informatiei n bistabil.

7. CBB Master-Slave

Bistabilele Master-Slave sunt formate din doua etaje de elemente de memorie (Figura 27). Primul etaj este etajul MASTER care preia informa tia de la intrarile de comanda sincrona si genereaza semnalele de comanda pentru etajul SLAVE. Cele doua etaje functioneaza n contratimp astfel nct informatia poate fi transferata de la intrare la iesire numai dupa parcurgerea unui ciclu complet de activaredezactivare a impulsului de tact.

Figura 27

Exista mai multe variante constructive. n Figura 27 este prezentata schema bloc pentru 14

varianta cu inversarea impulsului de tact. n acest caz cele doua etaje sunt identice, de tipul comutabil pe front, iar impulsul de tact se activeaza n contratimp pentru cele doua etaje. Schema de principiu a unui astfel de bistabil Master-Slave este prezentata n Figura 28 iar un esantion din simularea functionarii schemei apare n Figura 29.

Figura 28

Figura 29

15

8. CBB dupa schema celor trei bascule Schema tipica pentru acest tip de bistabil este cea prezentata n Figura 30 si corespunde bistabilului integrat SN7474.

Figura 30

16

Din analiza diagramei prezentate n Figura 31, se observa ca transferul de informatie dinspre intrarea D catre iesire se realizeaza numai pe durata frontului de activare a impulsului de tact. Rezulta ca pentru o functionare corecta, semnalul de pe intrarea D trebuie sa aiba o valoare stabila doar pe durata frontului de activare a impulsului de tact. Acest lucru este relativ usor de realizat n practica si din aceasta cauza acest tip de bistabil este din ce n ce mai mult preferat n proiectele modern

Figura 31

Observatie! n cataloage CBB Master-Slave se marcheaza prin simbolul ori n dreptul semnalului de tact iar CBB comutabile pe front prin simbolul sau n functie de frontul activ.

17

3. Normele de Protectie a Muncii

1. In laborator nu se intra decat insotit de laborant. 2. Aparatura nu se utilizeaza inainte de a primi instructiuni de la laborant. 3. Aparatura electronica nu se porneste fara acordul laborantului. 4. 4.Jocurile si/sau glumele cu orice fel de aparatura sunt complet interzise. 5. 5.Nu se efectueaza miscari bruste cu sau fara aparatura din dotare in laborator. 6. Aparatura se utilizeaza doar in parametri normali si nu se va incerca fortarea acesteia in vederea obtinerii unor rezultate mai bune. 7. Efectuarea montajelor la mesele de lucru nu se va incepe decat cu intreruptoarele de alimentare inchise. 8. Pentru a evita deteriorarea consumatorilor alesi si a accidentele cauzate de acestea, se va urmari ca tensiunea de alimentare sa corespunda cu tensiunea nominala a consumatorilor. 9. Dupa inceperea lucrarii la montajul aflat sub tensiune se interzice atingerea cu mana a partilor neizolate. 10. Se vor lega la pamant toate partile metalice ale instalatiei utilizate. 11. Nu se va incerca niciun fel de operatiune de modificare/reparare a aparaturii. Orice defectiune se sesizeaza laborantului. 12. La aparitia oricarui defect pe durata efectuarii unui montaj, se anunta imediat laborantul. 13. Sub nicio forma nu se va atinge partea metalica a letconului, chiar daca acesta este oprit - exista posibilitatea sa fie inca fierbinte. 14. Nu se scutura letconul in jurul altor persoane. 15. Este interzisa atingerea simultana cu ambele maini a partilor metalice aflate sub tensiune.

18

4. BIBLIOGRAFIE Braovan, M. Sercain, F. Bogoevici, N. Acionri electrice. Probleme i aplicaii industriale. Ed. 2, Bucureti, Edit. Tehnic, 1963. Braovan, M. ora, I. Rusu, H. Metod pentru determinarea pe cale experimental a inductivitilor la maina de curent continuu cu exercitaie separat. Bul. t. i tehnic al I. P. Timioara, 11(25), 253-260, (1966). Braovan, M. Acionri electromecanice. Bucureti, Editura didactic i pedagogic,1967.

Braovan, M. Zur Frage der Nennleistung der elektrischen Triebfahryeugmotoren, Elektrische Bahnen, 39, 7,170-172, 1968. Braovan, M. Seracin, E. Prodan, M. ora, I. Btleanu, St. Bartzer, St. Heca, V. Balaci, I. Popovici, D. Screanu, P. Schuch, C. Optimizarea parametrilor energetici ai consumatoarelor de energie electric. Protocol de contract cu ntreprindere Electromotor Timioara, 1973

Bulgakov, A. A. Dispozitive electronice de comand automat (trad. Din limba rus), Bucureti, Editura tehnic, 1962. Damsker, D. Acionarea electric. Bucureti, Editura energetic de stat, 1955. Damsker, D. Principii i mijloace noi de automatizare a acionrilor electrice. Bucureti, Edit. Academiei RPR, 1964.

19