Crivatu Marius Danut MES

7/21/2019 Crivatu Marius Danut MES

http://slidepdf.com/reader/full/crivatu-marius-danut-mes 1/32

UNIVERSITATEA “POLITEHNICĂ” DIN BUCUREŞTIFACULTATEA TRANSPORTURICATEDRA TELECOMENZI SI ELECTRONICĂ ÎN TRANSPORTURI

Proiect MESTADINSTRUMENT NUMERIC

DE MĂSURARE!A"#r#t $e %&'(r& ti" o)%%etr(

Î*$r(%&tor! A(tor!

S+,+$r$+i*-+ Ne%toi Mi)#e,# Cri.#t( M#ri(' D#*(t/ 0123

4526



CUPRINS

2+I*tro$(cere

4+Te%# "roiect(,(i

1+Sc)e%# 7,oc # #"#r#t(,(i

3+Me%ori( te)*ic

6+Bre.i#r $e c#,c(,

8+C#,c(,(, eco*o%ic

9+Sc)e%# e,ectric& co%",et& # #"#r#t(,(i

0+Bi7,io-r#:ie



2 I*tro$(cereI%"ort#*;# #"#r#te,or $e %&'(r& *(%erice+ A.#*t#<e =i

$e>#.#*t#<e :#;& $e #"#r#te,e #*#,o-ice+

CI ale unui AMN lucrează cu semnale analogice, dar toate celelalte blocuri lucrează cu semnale numerice .

Semnalele analogice pot fi măsurate direct cu aparate relativ simple,însă sunt sensibile la imperfecţiunile căilor de transmisie i de

prelucrare!pierd din precizie după fiecare operaţie deoarece informaţia estegrefată pe amplitudine".

Semnalele numerice sunt sub formă de impulsuri i au informaţia

grefată pe durată i pe poziţia impulsurilor în timp!SN oferă o mai marefle#ibilitate în utilizare!operaţiile de calcul, numărarea, multiple#area,transmisia se fac mult mai comod dec$t în analogic, iar în cursul acestor

prelucrări precizia mărimii primare se conservă".CN!circuitele numerice" lucrează pe principiul totul sau

nimic!structuri foarte simple în circuitele de bază".Cu CN de bază!porţi, codificatoare%decodificatoare, multiple#oare,

bistabile, numărătoare, registre, operatori logico&aritmetici, automate programabile, circuite de conversie a datelor" se pot construi o marevarietate de AM.

CN permit implementarea de funcţii din ce în ce mai comple#e peacelai cip!micorarea gabaritului AM i reducerea preţului de cost.'iteza de lucru a unui procesor modern este de apro#imativ()))M*z!frecvenţă de ceas".

Co*c,(>ii!

A.#*t#<e!& AMN pot atinge viteze mult mai mari dec$t cele analogice deoarece au

răspunsul independent de amplitudinea semnalului ce poartă mărimea demăsurat!#".

& AMN sunt mai robuste!rezistente la ocuri i vibraţii".& AMN pot funcţiona în orice poziţie.& AMN sunt uor integrabile în sistemele de măsurare&reglare conduse de

calculator.



De>#.#*t#<e!?AMN nu permit sesizarea rapidă a tendinţei de evoluţie a mărimii demăsurat!#" i nici realizarea de scări neliniare.

Circ(ite ,o-ice :(*$#%e*t#,e (ti,i>#te @* AMN

&AMN au elemente i blocuri comune!+I,N,,-C". a baza acestora staucircuite simple numite circuite logice !circuite numerice".&/enumirea unui sistem de numeraţie se face după baza!-" utilizată.&Sistemul de numeraţie cu -01 se numete sistem binar i este generalizat întoate sistemele numerice de calcul.&e întreg lanţul de măsură al AMN precum i pentru comunicaţiile cuec2ipamente periferice sau calculatoare se utilizează sistemul binar i numaila ieire rezultatul trebuie afiat în sistem zecimal.&3ealizarea fizică a elementelor ce utilizează sistemul binar are soluţii

practice foarte simple.&Algebra booleană atribuie cifrelor ) i ( semnificaţia de fals respectivadevărat i în (456 S2annon o aplică la studiul circuitelor de comutaţie.

Pri*ci"#,ii "#r#%etri #i circ(ite,or ,o-ice '(*t!

&7ensiunea de alimentare!8cc!77"09':8dd!CM;S"05..(9'".&7ensiunile de intrare i ieire pentru nivelele ) i ( logic.&Impedanţa de intrare!<i" i de ieire!<o".&7impii de propagare!timpi de înt$rziere". Caracterizează răspunsulcircuitului la aplicarea unui semnal treaptă de intrare.&uterea disipată0puterea medie consumată în stările ) i ( logic ale uneisingure unităţi logice din capsula respectivă.

&Imunitatea la zgomote0capabilitatea circuitelor numerice de a nu suferi basculări false sub acţiunea tensiunilor perturbatoare prezente la intrare.&+AN&IN0încărcarea produsă de intrările circuitului e#primată în unităţiconvenţionale.&+AN&A870numărul de intrări pe care le poate comanda ieirea circuitului.



4+TEMA PROIECTULUI

Să se proiecteze un aparat de măsura numeric care să

func ioneze ca o2mmetru ce va măsura rezisten e in gamele 1=>,ț ț

1)=>, 1))=>, 1M>, 1)M>, 1))M>.



1+SCHEMA BLOC A APARATULUI



3+ MEMORIU TEHNIC

Co%"#r#to#re $e te*'i(*e

Aparatele de măsură numerice funcţionează pe principiul comparării adouă intervale de timp sau a două tensiuni. ?n ultimul caz, un rol important îlare comparatorul de tensiune!C7". Acesta este un amplificator operaţionalspecializat, ce permite compararea unei tensiuni necunoscute!8#" cu alta!8r" luată drept referinţă: la ieire, comparatorul semnalează dacă 8# estemai mare sau mai mică dec$t 8r prin nivelul tensiunii de ieire!8o", care

poate lua doar două valori@ ) logic!tensiune de ieire negativă" sau (logic!tensiune de ieire pozitivă", întocmai ca la porţie logice.

Această particularitate plasează comparatoarele de tensiune în familia

circuitelor de interfaţă, deoarece au semnal analogic la intrare i semnallogic la ieire.?n aparatele de măsură numerice, comparatoarele de tensiune se

utilizează ca detectoare de prag, la realizarea convertoarelor analog&numerice sau a celor de tensiune&timp, la circuitele de citire a memoriilor, ica receptoare de linie.

Circ(ite $e 7#>&

Cel mai simplu comparator de tensiune poate fi realizat cu un

amplificator operaţional rapid!)4" în bucla desc2isă, ca în figura (, unde 8ii 8r sunt tensiunea de intrare i respectiv cea de referinţă, 8d este tensiuneade intrare diferenţială, iar 8o este tensiunea de ieire. /atorită amplificăriifoarte mari a amplificatorului operaţional în buclă desc2isă !Ao0()B9()BD", caracteristica de transfer a acestuia apro#imează suficient de binecaracteristica ideală a unui comparator de tensiune.

-

+

CTUi

Ur

UoUd

+ig. ( Comparatorul de tensiune

/eoarece diferenţa 8i&8r, pentru care 8o urcă în ( logic, e foartemică!sub ),((m'", ceea ce înseamnă că 8i&8r0), se poate afirma că un



comparator de tensiune sesizează egalitatea a două tensiuni. /acă 8r0),comparatorul detectează momentul trecerii prin zero a lui 8i, caz în care senumete comparator de nul. ?n sf$rit, din figura (, rezultă că un comparatorde nul poate fi utilizat i ca detector de polaritate! c$nd 8iE), atunci8o08o*, iar c$nd 8iF), atunci 8o08o".Comparatorul analizat prezintă două inconveniente@

• este vulnerabil la tensiuni parazite!basculări false"• tensiunea diferenţială pe intrare!8d08i&8r" poate atinge valori mari,

periculoase pentru amplificatorul operaţional, ceea ce impune limitareatensiunilor 8i i 8r la valori sub 9()'.

entru eliminarea celui de&al doilea neaGuns, tensiunile de comparat8i i 8r se aplică pe o singură intrare, ca în figura 1. /eoarece tensiuneadiferenţială de intrare 8d0), ecuaţia de funcţionare a comparatorului detensiune devine 8i%3(H8r%310), i ca urmare@

8i0&3(%318r

/upă cum se poate constata, comparaţia se realizează între curenţiidin nodul intrării neinversoare, ceea ce permite ca 8i i 8r să poată varia înlimite mult mai largi dec$t în cazul precedent, fără ca 8d să depăeascătensiunea naturală de saturaţie!fracţiuni de m'" a amplificatorului respectiv.Jvident, tensiunile 8i i 8r trebuie să fie de polarităţi diferite.

-

+

CT

R2 1k

R1 1kUi

Ur

Uo

+ig. 1 Comparator de tensiune perfecţionat!valorile rezistenţelor suntarbitrare, adică nu se referă la figură"



Circ(ite e,ectro*ice "e*tr( :or%#re# =i -e*er#re# 'e%*#,e,or*(%erice

/in r$ndul circuitelor formatoare de impulsuri, vom prezenta triggerul

Sc2mitt. Kenerarea unor semnale periodice!de ceas, sau sincronizare"necesare blocurilor numerice se realizează cu circuite astabile.

Circ(ite tri--er Sc)%itt

7riggerul Sc2mitt!7S" poate fi considerat un bistabil particular, care basculează numai c$nd semnalul de intrare depăete anumite praguri, particularitate ce permite evitarea basculărilor false datorate zgomotelor. Seutilizează la convertirea semnalelor sinusoidale, sau de altă formă, în semnaldreptung2iular, sau în impulsuri logice. /e asemenea, se utilizează i larefacerea semnalelor dreptung2iulare lente sau distorsionate.

Caracteristica principală a unui trigger Sc2mitt este prezenţafenomenului de 2isterezis L basculările au loc la valori diferite ale tensiuniide intrare!8p( i 8p1" în funcţie de sensul în care această tensiune variază.7riggerul Sc2mitt este înt$lnit la intrarea frecvenţmetrelor numerice precumi la intrarea multor blocuri ce lucrează cu semnale logice: se utilizează at$tca circuit independent, c$t i ca circuit de intrare pentru o serie de porţilogice, sau la intrarea de tact a unor numărătoare integrate, etc.8n 7rigger Sc2mitt cu tranzistoare, cu rol de formator de impulsuri

dreptung2iulare a fost deGa înt$lnit la o sc2emă de bază de timp pentruosciloscoape. ?n cele ce urmează vom prezenta două tipuri de triggerSc2mitt@ formator de tensiune dreptung2iulară alternativă, i formator deimpulsuri !semnale" logice.

Tri--er(, Sc)%itt c# :or%#tor $e 'e%*#, ,o-ic TTLCMOS

?n acest caz, ieirea triggerului Sc2mitt trebuie să producă semnalecompatibile 77%CM;S, ceea ce impune ca ambele praguri să fie pozitive:astfel, nivelul în starea ;S trebuie să fie )', iar cel în starea S8S trebuie săfie apropiat de tensiunea de alimentare. ; asemenea particularitate esteoferită în mod natural de porţile logice, însă problema poate fi rezolvată icu amplificatoare operaţionale.



Sc)e%& $e tri--er Sc)%itt co%"#ti7i, TTLCMOS c(#%",i:ic#tor o"er#;io*#,

entru a face ca tensiunea de ieire!8o" în starea ;S să fie zero!8o0)'",este necesar ca amplificatorul să fie alimentat simetric !8cc i )": în plus,acesta trebuie să fie cu ieire pe 7JC&M;S, pentru ca starea ;S a ieirii săfie la )'! etaGele de ieire cu tranzistoare bipolare permit obţinerea unuinivel de (1' în starea ;S". ?n sf$rit, pentru a face ca ambele praguri săfie pozitive, este necesar ca pe intrarea neinversoare să fie aplicată otensiune de referinţă!8r". ; sc2emă de trigger Sc2mitt cu alimentareasimetrică folosind montaGul inversor este prezentată în figura 5, unde 8reste tensiunea de referinţă menţionată.

-

+

AOR1 1k

R2 1k

Ui

Ur

Ud

Uo

+ig. 5 7rigger Sc2mitt compatibil 77%CM;S cu A; în montaG inversor

/in sc2emă rezultă relaţiile@8p(08rH!8o*&8r" 8p108rH!8o&8r"08r!(&": 8o0)8208p(&8p10!8o*&8o"08o*03(%!3(H31"8r08p1%!(&"

Sc)e%& $e tri--er Sc)%itt c( i*.er'o#re CMOS

7riggerul Sc2mitt realizat cu inversoare CM;S este una din cele mai simplesoluţii realizabile cu porţi logice. Sc2ema de principiu a unui astfel detrigger Sc2mitt este ilustrată în fig. O, unde 3( i 31 formează reţeaua dereacţie pozitivă, e#istentă i la triggerele prezentate anterior. ?n absenţatensiunii de intrare !8i", ieirea inversorului I( se află în ( logic, i caurmare, ieirea lui I1 !deci i a triggerului" se află în ) logic!8o0)v". /upă



aplicarea lui !8i" tensiunea de intrare a inversorului I(!8iP" evoluează dupăecuaţia@

8iP08i&!8i&8o": 03(%!3(H31"

care arată că la creterea lui 8i crete i 8iP: la atingerea pragului de basculare!8d" a inversorului I(, ieirea triggerului urcă în ( logic!8o08o*".'aloarea tensiunii 8i la care are loc bascularea circuitului, constituie pragulsuperior, calculabil cu relaţia@

8p(08//%1!(&"8nde s&a ţinut cont că 8o0)', 8d08//%1. ;rice evoluţie a intrării

8i, care face ca 8iP să se menţină deasupra tensiunii 8d, determină ieirea sărăm$nă tot în ( logic!8o08o*08//", timp în care 8iP satisface relaţia@

8iP08i&!8i&8o*"

?n momentul în care tensiunea 8iP redevine egală cu 8d, triggerul basculează din nou, revenind în starea iniţială!8o0)'". 'aloarea lui 8i lacare se produce această rebasculare constituie pragul inferior, ce secalculează cu relaţia@

8p108//!(&1"%1!(&"ţin$nd cont că 8o*08// i 8d08//%1?n sf$rit, din scăderea celor două praguri, rezultă tensiunea de 2isterezis@8208//%!(&"

R1 1k

R2 1k

11 2

I1 SN7404

11 2

I2 SN7404Ui

Ui'

Uo

+ig. O 7rigger Sc2mitt cu inversoare CM;S

Circ(ite 7#'c(,#*te 7i't#7i,e #'i*cro*e

?n cazul C-- asincrone, numite i bistabile elementare, trecerea ieiriiQ dintr&o stare în alta, se face numai prin aplicarea unui semnal de date laintrare. 7ipurile cele mai des înt$lnite sunt 3S i : acestea pot fi realizate



cu tranzistoare sau, cel mai adesea, cu porţi logice. Ne vom referi pe scurtnumai la ultimele. Se mai numesc i bistabile de tip atc2.

Bi't#7i,(, RS

Sc2ema de principiu derivă din varianta cu tranzistoare prin înlocuireatranzistoarelor 7( i 71!precum i rezistenţele din bazele acestora" cu două

porţi SA8&N8!notate ( i 1": se obţine bistabilul 3S din figura 9. IntrărileS i 3 se numesc intrări de date, iar Q i Q&non ieiri. -istabilul 3Sfuncţionează după tabelul de adevăr de mai Gos, unde Qn reprezintă stareaanterioară a ieirii Q, înaintea aplicării comenzii de intrare, iar QnH( L stareaaceleiai ieiri, după aplicarea comenzii pe una din intrările S sau 3.

P 2

1

2

3

R

S

Q

P 1

1

2

3

Q - n o nS

RQ

Bistabil RS Nona!

+ig. 9 Circuit basculant bistabil 3S cu porţi SA8&N8

S 3 QnH() ) Qn) ( )( ) (( ( R

7abel de adevăr

Interpretarea datelor din tabelul de funcţionare este următoarea@(. ?n lipsa comenzilor pe intrările S i 3!S0) i 30)", starea bistabilului

nu se sc2imbă, deci păstrează starea anterioară, adică QnH(0Qn:1. +ie Q0) starea anterioară !ceea ce implică Qnon0(": la aplicarea lui (

logic pe intrarea S!c$nd 3 este în ) logic", Qnon coboară în ) logic, ceea ce provoacă urcarea lui Q în ( logic, adică are loc înscrierea informaţiei:



Kenerator Jtalon

#(#()#())#( #() #()) #(M

5. C$nd S revine în ) logic, Q răm$ne în ( logic, adică are locmemorarea informaţiei înscrise. ?n plus, dacă se repetă comanda pe S,

bistabilul răm$ne în aceeai stare !Q0(" p$nă la aplicarea unei comenzi pe3:

O. a aplicarea unui ( logic pe 3! S fiind în ) logic", ieirea Q coboară în) logic, adică are loc tergerea informaţiei înscrise:

9. ?n sf$rit, dacă se aplică simultan ( logic pe 3 i S, evoluţia porţii esteincertă: se spune că această stare este nedeterminată, sau interzisă.

e*er#tor Et#,o*

Keneratorul de tact etalon !KJ" este constituit dintr&un simpluoscilator 3C, frecvenţa acestui put$nd fi reglată la O) =*z !timpul deintegrare este 7(0()) ms" sau 9) =*z !7(0O) ms": pentru realizarea

intervalului 7(, frecvenţa generatorului este divizată intern la valoricorespunzătoare.

7ensiunea de referinţă !8)" este preluată de la dioda <ener internă de1,6 ' !coeficient termic ),)(%TC" prin intermediul unui potenţiometru cuaGutorul căruia poate fi reglată la ()) m' !pentru gama de 1)) m'" sau la (' !pentru gama de 1 '".

-loc de generator etalon



Et#,o#*e $e :rec.e*;& c( c(#r;

Au la bază un oscilator cu cuarţ termostatat, ating precizii ()B& &()B&4 i sunt utilizate numai ca etaloane de lucru.

;scilatorul cu cuarţ este, de regulă, un oscilator ierce la carestabilitatea oscilaţiilor este asigurtă de către un rezonator electromecanic cucuarţ.

3ezonatorul cu cuarţ, denumire prescurtată cuarţ, este realizat subforma unei plăcuţe din cuarţ!", rotundă sau pătrată i prevăzută cu electrozide argint!JA" pe ambele feţe. +recvenţa de rezonanţă!fr" a plăcuţei estedependentă de grosimea!g"@

fr0(,DH1.6%g!mm" M*z precum i de ung2iul de tăiere al acesteia în raport cu a#ul optic al cristalului

primar.Sc2ema electrică a unui rezonator de cuarţ este arătată în fig. D. ?n

scopul stabilizării capacităţii paralele!Cp" i a atenuării perturbaţiilormecanice i electrice, plăcuţa de cuarţ se introduce într&o montură metalicăsau într&un tub cu vid.

C "

1

C s

2

R s

# s

+ig.D 3ezonator de cuarţ



Numărător !N"

3egistru de memorare!M"

/ecodor !/"

AfiaG numeric!AN"

B,oc $e *(%&r#re =i #:i=#re

+ig. Sc2ema bloc de numărare i afiare

N(%&r&tor(, 7i*#r >eci%#,!

/in motive legate de operatorul uman, numaratoarele utilizate in

aparatele de masura numerice trebuie sa afiseze numere zecimale, interncodificate binarU&zecimal!-C/", adica trebuie sa fie decadice. 8n asemeneanumarator este format din mai multe numaratoare de O biti, conectate inserie, pe care le vom numi decade de numarare.

Dec#$# $e *(%#r#re

; decada de numarare este similara cu numaratorul binar de O biti , cudeosebirea ca ciclul de numarare se opreste la () si nu la (D,adica este un

numerator modulo (). Sc2ema unei decade de numarare este prezentata infig. 6. imitarea la () a numararii se face cu aGutorul unei reactiiconvenabile !prin " in felul urmator@

• dupa primele 4 impulsuri aplicate la intrare,iesirile Q(,Q1 si Q) aGung instarea ())(!cifra 4 in cod binarU":

• la aparitia celui de&al zecelea impuls, starea devine ()()!cifra () in cod binar":



• poarta , avand ( logic pe intrari, produce la iesirea < negat un ) logic, ceeace provoaca stergerea celor O bistabile, pregatind decada pentru un nou ciclude numarare de la ) la 4!practic starea ()() dureaza e#trem de putin , darsuficient pentri stergere":

•

simultan cu aducerea la zero a celor O stabile!la sfarsitul numararii celor ()impulsuri", tranzitia de la ( la ) de la iesirea portii constituie si semnalulde intrare pentru decada urmatoare!transport catre rangurile urmatoare".

;bservatii@&modul de implementare al numaratorului este doar principial:el are cateva neaGunsuri care fac sc2ema inutilizabila@

&datorita comutarii asincrone a bistabilelor ,e posibil ca iesirea portii sa produca un impuls negative foarte scurt!< negat0)", care sa reseteze cel putin un bistabil:

&durata impulsului < negat,de readucere a numaratorului in starea ), estemica si necontrolabila!ea provine din Gocul intarzierilor", fiind posibil catoate bistabilele sa poate fi resetate.

&descrierea sc2emei poate sugera o regula simpla de alcatuire anumaratoarelor modulo p!prin metoda aducerii la zero"@

&din relatia pF01Bn se deduce numarul de bistabile necesare!n":&bistabilele se conecteaza in sc2ema unui numarator binar direct, si apoi selasa numaratorul sa evolueze pana la starea p&(:

&se decodifica starea p,si in momentul in care aceasta este atinsa ,se aplica unimpuls de stergere !< negat" tuturor bistabilelor numaratorului.



/ecada mii

Q( Q1 Q5 QO

/ecadaSute

Q( Q1 Q5 QO

/ecada<eci

Q( Q1 Q5 QO

/ecada8nitati

Q( Q1 Q5 QO

N

Z n o n

U 2 A

3

1

2

$

%

4

1 $

&

C # '

'

Q

Q

P R (

C # R

U 3 A

3

1

2

$

%

4

1 $

&

C # '

'

Q

Q

P R (

C # R

I

Q 1

U 1 A

3

1

2

$

%

4

1 $

&

C # '

'

Q

Q

P R (

C # R

Q 2

C

Q 3

C L E A R

Q 0

1

2

3

1

2

3

U 4 A

3

1

2

$

%

4

1 $

&

C # '

'

Q

Q

P R (

C # R

+ig. 6 Numărătorul binar&zecimal!decadă de numărare"

N(%#r#tor(, 7i*#r?>eci%#,

Se obtine prin inscrierea mai multor decade!unitati ,zeci,sute" de tipulcelei din fig. 6, asa cum se arata in fig. 4. Se observa ca semnalul produs de

bistabilul 5!bitul cel mai semnificativ" pe iesirea Q5 a decadei unitatilor,constituie semnalul de intrare C pentru decada zecilor.

+ig. 4 Numărătorul binar&zecimal cu patru decade



Co*c,(>ii

Numaratoarele binare asincrone sunt simple , dar au doua neaGunsuri@

•

nu pot functiona la frecventa ridicata :

• prezinta pericolul aparitiei unor impulsuri parazite la decodare, care pot provoca basculari false. Impulsurile parazite apar datorita faptului ca bistabilele numaratorului comuta pe rand!de la rangul cel mai putinsemnificativ spre cel mai semnificativ" si, ca urmare , pe durata tranzitieistarilor, evolutia bistabilelor este incerta. /e aceea numaratoarele asincronenu se mai utilizeaza la numarare, ci la divizarea frecventei.

;bservatie@ pentru evitarea aprinderilor false ale segmentelor de afisare,cauzate de tranzitiile parazite, se utilizeaza decodoare prevazute cu circuitde validare. Acesta ingusteaza timpul de desc2idere al portii ce comandasegmentul respectiv, si totodata deplaseaza!intarzie" acest interval de timp inafara zonei trazitiilor parazite.

Re-i'tr( $e %e%or#re

/eoarece un bistabil constituie o memorie de ( bit, rezulta ca n bistabile pot memora un cuvant de n biti. ; astfel de structura se numesteregistru .Cu alte cuvinte, un registru permite stocarea si regasirea uneiinformatii binare reprezentata pe n biti. J#ista mai multe criterii declasificare a registrelor!destinatie,structura,etc". Astfel @

• dupa scopul utilizarii!destinatie" se disting registru de memorare siregistru de deplasare!decalare".

• dupa structura interna, e#ista registre paralele , registreserial%paralele!deserializare", registre paralel%seriale!serializare" siregistre universale



3egistrele de memorare!3M" se utilizeaza, de regula, ca interfata intrdoua subansambluri .8n astfel de registru permite stocarea temporara ainformatiei elaborate in subansmablul A, pentru a fi ulterior folosita insubansamblul -, primul devenind apoi liber sa&si reia activitatea. Jvident,

pentru ca ansamblul A&3M&- sa functioneze correct, e necesar ca aceste trei blocuri sa lucreze sincron, conditie asigurata de catre un bloc de comanda,care furnizeaza semnale de coordonare adecvate!intre care semnalul deincarcare a registrului L;A/".

/atorita faptului ca 3M este plasat intre doua blocuri , se maiutilizeaza si denumirea de registru tampon.

3egistrul de memorare se poate realiza atat cu bistabile /&latc2, saucomandate pe front, cat si cu bistabile &MAS7J3&SA'J. In cazulutilizarii bistabilelor /&latc2 , registrul se mai numeste si transparent ,deoarece pe palierul activ al semnalului de incarcare, datele de la intrare trec

imediat la iesire, ca urmare, comanda registrului se va face printr&un impulscat mai scurt.

In cazul utilizarii bistabilelor comandate pe front, registrul izoleaza practic subansamblurile intre care este conectat, oferindu&le o relativaautonomie. Structura unui registru de memorare este paralela@ atat intrarilede tact, cat si cele de fortare asincrona,s e conecteaza in paralel , pe olungime a cuvantului de n biti! de regula ,O sau 6".In acest caz , registrul se mai numeste si registru paralel.

rezenta registrului de memorare permite ameliorarea performantelorsistemului A&-: de e#emplu , la un aparat de masura numeric, intercalareaunui registru de memorare intre numerator , si blocul de afisare aduceurmatoarele imbunatatiri@

• stabilizarea cifrelor afisate@

Numarul N#,care reprezinta rezultatul masurarii este afisat o singura dataintr&un ciclu de masurare , si deci , afisaGul nu va palpai in rimulnumaratoarelor!fara 3M ultimele cifre palpaie, dand senzatia de instabilitate

care deranGeaza, iar secventierea ciclurilor de afisare este vizibila si deciobositoare":

• cresterea vitezei de lucru

In timp e blocul final afiseaza informatia N# continuta in registru, blocul de prelucrare !numaratorul" poate efectua o noua secventa de masurare :



-locA

3M -loc-

principiul este cunoscut sub numele de suprapunere a operatiilor si este multfolosit in ec2ipamentele numerice pentru scurtarea timpilor de asteptare.

+ig. () 8tilizarea registrelor de memorare

Re-i'tre c( co%#*$# "e "#,ier"ri* i%"(,'(ri

8n registru cu comanda memorarii pe palier este alcatuit cu bistabile /&latc2!fig. ((", motiv pentru care se mai numeste si tampon latc2. J#ista douamoduri de functionare@

• Memorare, cand intrarea de comanda S7- este in ) logic. In acest cazregistrul conserva starea sa anterioara si este insensibil la datele prezente peintrarile /

• 7ransferare, cand S7-0(. In acest caz iesirile registrului Qi capata

valorile datelor prezente la intrarile /. /aca in timp cat S7-0(, datele de laintrarile !/i" se modifica , datele de iesire !Qi" se vor modifica si ele inacelasi mod !adica iesirea copiaza intrarea , cunoscuta proprietate a

bistabilelor /&latc2".In aceasta situatie se spune ca registrul este transparent.roiectantii de sisteme logice utilizeaza frecvent aceasta proprietate pentru ae#ploata rapid o informatie!in timp ce S7-0(" , care apoi va fi memoratacand S7- revine la ).



O E n o n

12

3

Q 2

D 0

Q 1

12

3

12

3

12

3

Q)

C # '

12

3

Q)

C # '

Q 0

S T B

12

3

Q)

C # '

D 2

Q 3D 3

12

3

12

3

Q)

C # '

D 1

+ig. (( 3egistru paralel de tip transparent latc2 cu trei ieiri&5 state

Re-i'tre c( co%#*$# "e :ro*t

Sc2ema de principiu corespunzatoare unui registru de memorare cucomanda pe frontul pozitiv al impulsului de ceas sunt in figura(1.Informatia de la intrarile /)& este incarcata numai in timpul tranzitiei

pozitive a impulsului de ceas, si ramane nesc2imbata!memorata" atat penivelul ;S, cat si pe nivelul S8S, al impulsului de ceas : deci acest registrunu prezinta transparenta.



Jvident, bistabilele componente trebuie sa fie declansate pe front:acestea sunt mai ales bistabile /,sau Master&Slave, registrele realizate cu

bistabile / fiind cele mai raspandite .entru a fi cat mai usor integrate indiverse sc2eme !mai ales in cele cu microprocesor", multe registre sunt

prevazute si cu tampoane cu trei stari ,asa cum s&a putut vedea in sc2emeleanalizate.

O E n o n

12

3

Q 2

D 0

Q 1

12

3

12

3

12

3

Q)

C # '

12

3

Q)

C # '

Q 0

C L K

12

3

Q)

C # '

D 2

Q 3D 3

12

3

12

3

Q)

C # '

D 1

+ig. (1 3egistru paralel cu comandă pe frontul pozitiv cu ieiri&5 state

Deco$o#re

/ecodorul este un circuit logic cu mai multe intrări i mai multeieiri care convertete semnalele de intrare codate în semnale de ieirecodate, codurile de intrare i de ieire fiind diferite. ?n general, codul deintrare este construit pe mai puţini biţi dec$t codul de ieire, iar întrecuvintele de cod de intrare i cuvintele de cod de ieire e#istă ocorespondenţă biunivocă.



+ig.(5 Structura generală a unui circuit de decodare

Intrările de activare, dacă e#istă, trebuie să fie confirmate pentru cadecodorul să realizeze corespondenţa intrare&ieire în mod normal. ?n cazcontrar, decodorul asociază tuturor cuvintelor de intrare un singur cuv$nt de

cod de ieire & VdisabledW !VneactivatW".entru semnalul de intrare, cel mai frecvent se utilizează un cod binar de n biţi, în care un cuv$nt de n biţi reprezintă una dintre cele 1 n valoricodate diferite, în mod normal L numerele întregi de la ) la 1 n&(. 8neori,codurile binare de n biţi se trunc2iază, reprezent$ndu&se astfel mai puţin de1n valori. /e e#emplu, în codul -C/, combinaţiile de O biţi de la )))) la())( reprezintă cifrele zecimale (...4, iar combinaţiile de la ()() la (((( nusunt utilizate.

entru semnalul de ieire, cel mai frecvent se utilizează un cod ( dinm, care conţine m biţi, în orice moment fiind confirmat unul dintre biţi.

Astfel, pentru un cod ( din O cu valorile de ieire active în *IK*, cuvintelede cod sunt@ )))(, ))(), )()) i ())). /acă valorile de ieire sunt active în;X, cuvintele de cod sunt@ (((), (()(, ()(( i )(((.

Deco$or(, BCD?>eci%#,

Acest decodor are O intrari si () iesiri ,corespunzatoare numerelorzecimale )4:codurile ().(9 sunt invalide, si nu produc activarea niciunui semnal de iesire. /ecodorul -C/&zecimal este folosit mult la comandaafisaGelor cu tuburi indicatoare!unde fiecare cifra are comanda separate", saula comanda unor afisaGe de tip bargraf. In multe situatii , decodoarelementionate pot fi utilizate si ca decodoare ( din 6, folosind doar 6 iesiri,corespunzatoare codurilor ).



J#emple de decodoare -C/&zecimal @SNO51,SNO(O(

+ig.(O Structura bloc a decodificatorului zecimal&-C/

Deco$or(, BCD?9 'e-%e*te

Acest decodor,are ca si precedentul, O intrari,dar iesirile sunt destinatecomenzii directe a afisaGelor cu segmente!fie cu becuri,fie cu J/&uri,fiecu cristale lic2ide".Combinatiile de intrare reprezinta cifrele ).4,dar uneledecodoare sunt capabile sa intrepreteze si codurile ()(9,pentru careafiseaza cifrele 2e#azecimale A,-,+.

Cateva e#emple de decodoare -C/& segmente suntSNOOD%!decodor cu iesire directa de atac a afisaGelor cu J/&uri ,inte2nologie 77"sau O)99%D.

+ig. (9 8tilizarea decodorului la comanda afiaGului cu segmente%J/



Di'"o>iti.e $e #:i=#re *(%eric&

A:i'#<e c( $io$e e,ectro,(%i*i'ce*te

Intr&un sens larg ,afisaGul cu diode electroluminiscente presupune atatcircuitele de afisare propiu&zise ,cat si circuitele de comanda ,necesareformarii caracterelor.Acest tip de afisaG prezinta o serie de avantaGe incomparative cu cele realizate cu tuburi Ni#ie sau fluorecente @ are gabaritmai mic,permite obtinerea unor culori diferite !rosu,verde ,galben,etc" pot ficomandate de circuite lucrand la tensiuni Goase si sunt mai fiabile. AfisaGele cu J/&uri foloseste, in e#clusivitate, generarea

caracterelor prin sinteza din segmente sau puncte luminoase constituite dinJ/&uri individuale!si nu prin selectie,ca in cazul primelor tuburi Ni#ie".Infunctie de tipul caracterelor de afisat , aceste dispozitive pot fi@afisaGealfanumerice!servesc la sinteza cifrelor si literelor alfabetului",sau afisaGenumerice!servesc numai la sinteza cifrelor".In aparatura numerica de masuras&a impus afisaGul numeric cu segmente ,datorita simplitatii sale. In momentul de fata, e#ista o mare diversitate de afisaGe cu J/&uri ,afisaGul cu puncte prezinta cel mai mare numar de posibilitati ,dar necesita ologica de decodificare si comanda mai sofisticata. 'arianta cu segmente

poate reprezenta un compromis intre numarul de caractere diferite afisabilesi comple#itatea circuitelor de comanda. In aparatura numerica de masura s&au impus afisaGele cu segmente, mai simple de comandat.

+ig.(D AfisaGul cu J/&uri

/in punct de vedere electric,afisaGele cu J/&uri se contruiesc cuanod comun,sau cu catod comun:dupa cum vom vedea,acest lucru determinanatura interfatarii lor cu partea de comanda a ec2ipamnetului numeric.



AfisaG cu anod comun AfisaG cucatod comun

+ig.(. AfisaGe cu J/&uri

Dio$# e,ectro,(%i*i'ce*t#

Se stie ca orice Gonctiune p&n ,polarizata direct ,emite o radiatieluminoasa datorita energiei de recombinare gol&electron.ungimea de unda aacestei radiatii !deci si culoarea" depinde de materialul Gonctiunii ,asa cumrezulta din tabel

Materialul Gonctiunii ungimea deunda

Culoare

Kermaniu!Ke" (,66 Ym Infrarosu

Kaliu&Aluminiu&Arseniu!Ka&Al&As"

),D6 Ym 3osu

Kaliu&+osfor!Ka&" ),9O Ym 'erde

In privinta culorilor se constata ca pentru cifre mici culoarea cea maifolosita este rosul ,ce se observa bine pe fondul intunecat al afisaGuluinumeric!cu toate ca lungimea de unda a rosului ,).D6um,este relativeindepartata de sensibilitatea ma#ima a oc2iului,).99 um".

entru cifre mari!peste ()..(9 mm" ,si mai ales pentru masurari delunga durata!control in productie, aparate de tablou",o culoare maiconfortabila este cea verde!cu lungimea de unda Z0),919 Ym. In ultimul timp au aparut J/&uri cu nitrura de galiu!KaN",care au

particularitatea ca la 8d01,O' au culoarea portocalie,iar la O' au culoareavioleta.Ca forma,J/&urile pot fi cilindrice,patrate ,drepung2iulare!pentruafisari de puncte luminoase,virgule",sau barete!segmente luminoase"



Alimentarea in curent continuu. J/&ul are o caracteristica Ip!8p"

de forma celei din figura !pentru dioda electroluminiscenta CQ[9(",ceea ceimpune inscrierea unei rezistente !3 " de limitare a curentului la valoareanominala!Id0()(9mA"./e e#emplu ,pentru Id0()mA ,corespunde8d01,(',de unde considerand80H9',se obtine 3014)>.J#ista si J/&uricare au rezistenta 3 incorporate in aceeasi montura cu Gonctiunealuminiscenta ,cum sunt,de e#emplu,9)61&OOD6. Alimentarea in curent continuu este simpla ,insa prezinta neaGunsulunui consum suplimentar de putere pe rezistenta 3@de e#emplu,pentru305))> si Id0()mA rezulta un consum de 1()mX% J/&uri.AcestdezavantaG poate fi evitat daca alimentarea se face prin impulsuri.

Comanda afisoarelor cu segmente

Modulele de afisare cu segmente sunt formate din cate J/&urirectilinii si permit afisarea cifrelor de la ) la 4.entru semnalizarea polaritatii!H&"si a depasirii !cifra ( si doua virgule" se utilizeaza module de tipulilustrat .Comanda!alimentarea" afisoarelor cu segmente se poate facedirect sau multipel#at.

Comanda directa

In acest caz segmentele!diodele" cifrelor ce trebuie afisate sealimenteaza simultan . Comanda directa este economica numai la afisaGe cunumar mic de cifre!ma#im O sau 9 cifre": la un numar mai mare se recurge lacomanda multiple#ata.8n circuit de comanda directa pentru un afisor de 5 \cifre!(444" este ilustrat ,unde se prezinta cone#iunile pentru modulul de

polaritate si depasire!H&(" precum si pentru modulul de afisare a cifrelor dela ) la 4.J#ista si circuite integrate specializate care pot comanda directafisaGele cu segmente cu J/&uri./aca decodorul dispune de o intrare devalidare!Vblan=ingW",se poate recurge la recuderea consumului prinalimentarea J/&urilor in impulsuri,!cu o tensiune dreptung2iulara".

Comanda multiplexata

Circuitele din figurile de mai devreme fac parte celor cu comandadirecta!sau simultana".Acest tip de circuit este simplu ca sc2ema,dar



costisitor ca numar de componente si devine neeconomic daca numarul decifre este mare!peste O.9,ca in cazul frecventmetrelor si calculatoarelor de

buzunar".In asemenea situatii se recurge la comanda multiple#ata!serializata" a afisaGelor,in care cifrele se alimenteaza succesiv.

In acest scop,segmentele cu acelasi nume ale tuturor cifrelor suntconectate impreuna la iesirile unui singur decodificator!/(",ca si cum ar fivorba de o singura cifra:anozii!sau catozii" comuni ai cifrelor respective suntcomandati separate printr&un al doilea decodor!/1",secventiat de un registrude deplasare !sau numerator",intreg sistemul de afisare fiind pilotat de catreun generator de tact cu frecventa de ())()))*z .

Sa presupunem ca e vorba de un afisaG cu 6 cifre pe care trebuieinscris numarul 9D(,651O.a primul tact se afiseaza cifra 9!celelalte bfiindstinse":la al doilea cifra D si tot asa pana la cifra a 6&a!O"./aca frecventa detact este O))*z,fiecare cifra va fi aprinsa si stinsa de O))%609) ori pe

secunda.a o asemenea frecventa oc2iul percepe cele 6 cifre ca si cum ar fiapinse simultan.e aceasta cale!multiple#are",consumul se reduceconsiderabil deoarece ,indiferent de numarul de cifre afisate,consumul esteegal cu cel al unui singur modul,ceea ce inseamna cel mult#()mA#1,('0(9)mX.Insa circuitul de comanda este mai complicat decatla comanda directa ,si de aceea,comanda multiple#ata devine economicanumai la afisaGele cu numar mare de cifre!peste 9D"

a ora actuala,e#ista module de afisare cu J/&uri,realizatecompact,impreuna cu circuitele de comanda:in cazul cel mai frecvent se

include decodoarele,logica de multiple#are!daca e cazul" si decadele denumarare ,sau interfata cu sistemul numeric in care vor fi folosite.



6+Bre.i#r $e c#,c(,

;bţinerea gamelor de 1=>, 1)=>, 1))=>, 1M >, 1)M >, 1))M > se face dupărelaţiile prezentate anterior la sc2ema bloc unde am prezentat i conceptul de lucru alaparatului.

3elaţiile de funcţionare a o2mmetrului sunt@ N0a3# : a0C)%7)ln!J&8(%J&81"0const.

Cosiderăm tensiunile stabilizate ca find de @J019' : 8(0()' i 8101)'

Considerăm că generatorul etalon generează o frecvenţă de (*z, deci7)0()B&5sln]!J&8("%!J&81"^0ln50(,)46

Considerăm ca ln5 e apro#imativ (.

entru gama de 1=> vom avea C(0(u+a0()B&D%()B&50()B&5 :3#0N%a01%()B&501()B501=>

entru gama de 1)=> vom avea C10())n+a0()B&%()B&50()B&O :3#0N%a01%()B&O01()BO01)=>

entru gama de 1))=> vom avea C50()n+a0()B&6%()B&50()B&9 :3#0N%a01%()B&901()B901))=>

entru gama de 1M> vom avea CO0(n+a0()B&4%()B&50()B&D :3#0N%a01%()B&D01()BD01M>

entru gama de 1)M> vom avea C90())p+a0()B&()%()B&50()B& :3#0N%a01%()B&01()B01)M>

entru gama de 1))M> vom avea CD0()p+a0()B&()%((B&50()B&6 :3#0N%a01%()B&601()B601))M>



8+C#,c(,(, eco*o%ic

Nr Co%"o*e*te Pret

2 R2 24 R4 21 R1 23 R3 26 R6 28 R8 29 R9 20 R0 2 D2 5/625 D4 5/622 D1 5/624 D3 5/621 D6 5/623 D8 5/6

26 PV2 2/628 LCD2 2629 ATMEA14 24

Pret tot#, !1/6 ,ei



9+Sc)e%# co%",et& # #"#r#t(,(i



Bi7,io-r#:ie

2ttp@%%___.alldatas2eet.com%2ttp@%%___.datas2eetarc2ive.com%

http://www.datasheetarchive.com/

http://www.datasheetarchive.com/

Crivatu Marius Danut MES

Documents

Transcript of Crivatu Marius Danut MES