monitor słowa 8-bitowego.pdf

Monitor słowa ośmiobitowego

Monitor słowa

ośmiobitowego

kit AVT−464

Zamierza³em nazwaÊ to

urz¹dzenie ìkorepetytorem

kodu dwÛjkowegoî. Doskonale

siÍ do tego nadaje, gdyø jest

to w istocie dekoder

8-bitowego kodu dwÛjkowego

na kod dziesiÍtny, ktÛrego

cyfry s¹ pokazywane na

wyúwietlaczach LED.

Urz¹dzenie moøe byÊ

zastosowane do monitorowania

magistrali 8-bitowej, czyli

wyúwietlania wartoúci s³owa

8-bitowego.

Opis uk³adu

Schemat elektryczny monitora

przedstawiono na rys. 1 .†Przezna-

czeniem urz¹dzenia jest t³uma-

czyÊ rÛwnoleg³e s³owo oúmiobito-

we na system dziesiÍtny. Nie

zawiera ono pamiÍci EPROM, ani

øadnej innej. Nie wymaga kom-

putera ani programatora. Dekodo-

wanie liczby dwÛjkowej na dzie-

siÍtn¹ polega na szybkim zlicze-

niu liczby impulsÛw przez zespÛ³

po³¹czonych ³aÒcuchowo liczni-

kÛw-transkoderÛw U1+U2+U3.

O†koÒcu zliczania decyduje dziel-

nik U4.

Naleøy podkreúliÊ, øe z†samej

zasady dzia³ania wynika fakt ab-

solutnej wiarygodnoúci uzyska-

nych wskazaÒ na wyúwietlaczach.

Po przetestowaniu dwu skrajnych

wartoúci 0†i†255 mamy pewnoúÊ,

øe wszystkie poúrednie s¹ popra-

wnie dekodowane. W†przypadku

rozwi¹zaÒ opartych o†adresowanie

pamiÍci, takiej pewnoúci mieÊ nie

moøna, zw³aszcza w†d³uøszym

okresie.

Pierwotnie nosi³em siÍ z†zamia-

rem zaprojektowania p³ytki z†oú-

mioma solidnymi prze³¹cznikami,

ktÛrymi moøna by zadawaÊ kod

binarny i†uczyÊ siÍ bawi¹c. Z†tego

pomys³u pozosta³ popularny, oú-

miokrotny dipswitch, ktÛry trudno

doprawdy uznaÊ za dobre

rozwi¹zanie. Nic nie stoi jednak na

przeszkodzie, øeby samemu uzupe³-

niÊ monitor o†tak¹ czysto juø edu-

kacyjn¹ funkcjÍ, montuj¹c wiÍksze

i†wytrzymalsze prze³¹czniki.

Zasada dzia³ania

Centraln¹ czÍúÊ urz¹dzenia

stanowi uk³ad U4: 40103. Jest to

licznik zliczaj¹cy w†dÛ³ o†oúmiu

rÛwnoleg³ych wejúciach J0..J7

i†wyjúciu CO/ZD. SkrÛt ZD ozna-

cza ìZero Detectî. Wyjúcie to

przyjmuje poziom logiczny niski

(dalej dla uproszczenia okreúla-

ny L) w†momencie, gdy U4 od-

liczy zadan¹ na wejúciach J0..J7

liczbÍ impulsÛw, podawanych na

wejúcie zegarowe CLK. Aby

impulsy mog³y byÊ zliczane, na

wejúciu CLR powinien

wystÍpowaÊ poziom wysoki H.

W†przeciwnym razie licznik

bÍdzie ustawiony na liczbÍ 255,

czyli maksymaln¹ wartoúÊ, jaka

moøe byÊ przedstawiona oú-

mioma bitami. Istnieje jeszcze

wyprowadzenie zezwalaj¹ce CI/

!CE (wykrzyknik dla oznaczenia

negacji), ktÛre po otrzymaniu

stanu H blokuje dostÍp impul-

sÛw do wejúcia CLK. Przy nor-

malnej pracy naleøy je zatem

po³¹czyÊ z†mas¹.

Pozosta³y jeszcze do omÛwie-

nia dwa wejúcia wpisu !APE

i†!SPE.

Po podaniu na wejúcie !APE

poziomu L†nastÍpuje natychmias-

towe przepisanie wartoúci z wejúÊ

J0..J7. Jest to wejúcie tzw. wpisu

asynchronicznego, poniewaø wpis

ten moøe nast¹piÊ w†dowolnym

momencie, niezaleønie od impulsu

zegarowego.

Wejúcie !SPE jest wejúciem

wpisu synchronicznego. Nazwa

wywodzi siÍ st¹d, øe po podaniu

na nie poziomu L, wpisanie do

licznika wartoúci z wejúÊ J0..J7

nastÍpuje w†okreúlonym momen-

Elektronika Praktyczna 9/98

P R O J E K T Y

Monitor słowa ośmiobitowego

cie, a†mianowicie razem z†naras-

taj¹cym zboczem sygna³u CLK.

Rzut oka na schemat pozwoli

zauwaøyÊ, øe !APE nie jest uøy-

wane (podany jest poziom H).

Natomiast !SPE po³¹czono bezpo-

úrednio z†wyjúciem CO/ZD liczni-

ka. Jest to wygodne takøe z†tego

wzglÍdu, øe wyprowadzenia te

s¹siaduj¹ ze sob¹. W†takim przy-

padku mamy do czynienia z†kon-

figuracj¹ dzielnika czÍstotliwoúci,

na dodatek programowalnego

(ustawianego), bo o†wspÛ³czynni-

ku podzia³u decyduje stan wejúÊ

J. Przepisanie stanu wejúÊ J†do

przerzutnikÛw licznika nastÍpuje

samoczynnie, po kaødym wyzero-

waniu licznika. Podsumujmy,

wpis synchroniczny przy zwar-

tych !SPE i†CO/ZD przebiega nas-

tÍpuj¹co:

- sygna³ zegarowy jest podawany

na wejúcie CLK;

- po osi¹gniÍciu przez licznik

stanu zero (co nastÍpuje syn-

chronicznie ze zmian¹ sygna³u

CLK z†L†na H) wyjúcie CO/ZD

przyjmuje poziom L i wejúcie

!SPE zostaje uaktywnione;

- kolejny impuls CLK inicjuje

wpis stanÛw z†wejúÊ J0..J7.

Jak widaÊ, wpis synchroniczny

nastÍpuje po drugim zboczu

narastaj¹cym CLK, liczonym od

wyzerowania. Teraz jest jasne,

dlaczego wzÛr na wspÛ³czynnik

podzia³u podaje siÍ jako 1/N+1,

gdzie N jest zadan¹ liczb¹ binarn¹

na wejúciach J0..J7. Ta dodawana

w†mianowniku jedynka pozwala

teø unikn¹Ê k³opotliwego dziele-

nia przez zero, gdy J0=J1=-

J2=J3=J4=J5=J6=J7=L.

Jednak dla nas jest to oko-

licznoúÊ niekorzystna. Chcemy

zliczaÊ impulsy podawane na

CLK U4, ale co zrobiÊ, skoro U4

przepuszcza jeden impuls wiÍ-

cej niø potrzeba? Zamiast 0

otrzymalibyúmy na wyúwietla-

czu 1.

Jedyne co moøna zrobiÊ w tej

sytuacji, to zliczyÊ impulsy i†od

sumy odj¹Ê jeden. ProponujÍ

uzyskaÊ ten sam wynik przez

ìpo³kniÍcieî jednego, najlepiej

pierwszego impulsu. Ten drugi

sposÛb bÍdzie moøna w†praktyce

³atwiej zrealizowaÊ. Po³kn¹Ê im-

puls, to tyle co go zignorowaÊ.

Ignorowanie pierwszego impulsu

uzyska³em wykorzystuj¹c zaleø-

noúci czasowe w³aúciwe wszyst-

kim licznikom.

Jedn¹ z†takich szkolnych regu³

jest w³¹czenie zerowania licznika

zanim pojawi siÍ aktywne zbocze

sygna³u zegarowego. Licznik nie

moøe byÊ po prostu inkremento-

wany przy aktywnym sygnale ze-

rowania, poniewaø zerowanie ma

najwyøszy priorytet. Ze wzglÍdu

na rzeczywiste, niezerowe czasy

propagacji bramek, podaje siÍ

w†katalogach minimalne wartoúci

odstÍpÛw czasowych miÍdzy za-

nikniÍciem jednego sygna³u, a†po-

jawieniem siÍ innego.

Jeúli wiÍc "przetrzymaÊ" sygna³

zerowania uk³adÛw U1, U2 i†U3

(typu 4033) do momentu pojawie-

nia siÍ dodatniego zbocza pierw-

szego impulsu CLK (na wejúciu

U1), to impuls ten nie zostanie

zliczony przez U1. Innymi s³owy

zostanie po³kniÍty. PewnoúÊ dzia-

³ania podnios¹ kondensatory C3

Rys. 1. Schemat elektryczny układu.

Elektronika Praktyczna 9/98

Monitor słowa ośmiobitowego

i†C4. Ten pierwszy przed³uøy czas

trwania poziomu H†na wejúciach

RST uk³adÛw U1..U3 o†kilkaset

nanosekund, a C4 przyspieszy

pojawienie siÍ aktywnego zbocza

na wejúciu CLK uk³adu U1.

èrÛd³em sygna³u zegarowego

jest U5 typu 4060. Jego oscylator

(R1+C1) pracuje na stosunkowo

wysokiej czÍstotliwoúci 1,4MHz,

ktÛra po podzieleniu przez 32

daje oko³o 40kHz na wyprowadze-

niu MOD32.

Do uk³adu U5 jest pod³¹czony

jeszcze inny obwÛd zerowania,

zbudowany na elementach T2, C2,

R2 i†R3. Poziomem zeruj¹cym U5

jest H†na wyprowadzeniu RST.

Jeden cykl pracy monitora

przebiega nastÍpuj¹co: U4 odbie-

rze zadan¹ liczbÍ impulsÛw, wy-

kryje zero i†wystawi L†na swoje

wyjúcie CO/ZD. T1 za³¹czy wÛw-

czas wyúwietlacze W1..W3

o†wspÛlnej katodzie, umoøliwiaj¹c

wyúwietlenie zliczonych przez

U1..U3 impulsÛw. Ponadto, zmia-

na z†H†na L†na CO/ZD spowoduje

powstanie, za spraw¹ C2, ujemnej

szpilki na bramce tranzystora FET

T2 i†jego zatkanie, a†tym samym

wyzerowanie U5. U5 pozostanie

wyzerowany w†okresie ³adowania

C2 (przez rezystor R2), czyli przez

kilkadziesi¹t milisekund. Ten czas

wyznacza czÍstoúÊ repetycji bada-

nego s³owa 8-bitowego, wynosz¹-

c¹ przesz³o 10 razy/sekundÍ. Ma-

my wiÍc stan stabilny trwaj¹cy

kilkadziesi¹t ms, w†ktÛrym

tranzystor T1 przewodzi, a†N-FET

(T2) i†bipolarny T3 s¹ zatkane.

Liczniki U1, U2, U3, U4, U5 nie

zliczaj¹. Wyúwietlana jest infor-

macja z†wyjúÊ U1..U3 w†kodzie

wskaünika 7-segmentowego.

Gdy na³aduje siÍ C2 i†T2 zacz-

nie przewodziÊ, uaktywni siÍ

U5 i†rozpocznie pracÍ jego os-

cylator. Po oúmiu taktach na

wyjúciu MOD16 pojawi siÍ stan

H, ktÛry za poúrednictwem R6

wyzeruje uk³ady U1..U3. Zero-

wanie to trwa przez nastÍpnych

8 okresÛw generatora U5, aø do

pojawienia siÍ H†na kolejnym

wyjúciu U5 (MOD32), ktÛre do-

starcza impulsy zliczane rÛw-

noczeúnie przez U4 i†U1.

W†trakcie zliczania T1 jest

zatkany, aby unikn¹Ê zak³ÛceÒ

na wyúwietlaczach. Czas zlicze-

nia nawet maksymalnej liczby

impulsÛw nie przekracza paru

milisekund, przy narzuconej przez

U5 czÍstotliwoúci pracy. Zatem

zmniejszenie jasnoúci wyúwietla-

czy wskutek zmniejszania siÍ

wspÛ³czynnika wype³nienia bÍ-

dzie nieznaczne. T3 przewodzi

zapewniaj¹c stan L†na wejúciach

RST U1..U3. Na bramce przewo-

dz¹cego T2 jest 0,5V. Opcjonalna

dioda Zenera D1 ogranicza amp-

litudÍ ujemnych szpilek do 10V,

aby nawet przy zasilaniu uk³adu

napiÍciem 15V, napiÍcie dren -

†bramka nie przekroczy³o 25V

(30V to wartoúÊ graniczna).

Zwraca uwagÍ przycisk S1,

ktÛrym moøna wymusiÊ podci¹g-

niÍcie rezystorÛw R10..R17 do

plusa zasilania i†uzyskanie na

wyúwietlaczach wskazania 255

(przy J0..J7 nigdzie nie pod³¹czo-

nych). S1 umoøliwia teø ³atw¹

kontrolÍ poprawnoúci styku

ìsondî pomiarowych: jeúli po

wciúniÍciu S1 nie widaÊ øadnej

zmiany na wyúwietlaczu, oznacza

to poprawny kontakt. Drugi przy-

cisk monostabilny (chwilowy) S2

umoøliwia test wyúwietlaczy przez

pokazanie trzech Ûsemek.

Wejúcie RBI uk³adu U3 po³¹-

czono z†mas¹, co spowoduje, iø

zera nie bÍd¹ wyúwietlane.

Ograniczenie pr¹du segmentÛw

wyúwietlaczy nastÍpuje za spraw¹

rezystancji przewodz¹cych tran-

zystorÛw P-MOS, zawartych

w†strukturach U1..U3. Aby nie

by³a ona za niska, uk³ady te

zasili³em ze stabilizatora 5V (na

elementach R4, D2 i†T4). Zasto-

sowanie trÛjkoÒcÛwkowego 7805

nie wchodzi w†rachubÍ z†uwagi

na duø¹, rzÍdu 2V, minimaln¹

rÛønicÍ napiÍÊ Uwe-Uwy (Udrop).

Parametry stabilizacji uk³adu z†T4

s¹ tu bez znaczenia, natomiast

Udrop wynosi tylko 0,7V. W†za-

kresie napiÍÊ zasilaj¹cych z†prze-

dzia³u 5..15V uzyskujemy nie-

zmienny pr¹d wyúwietlaczy na

poziomie 4mA/segment. W†typo-

wej aplikacji kostek 4033 mieli-

byúmy 3x7=21 rezystorÛw, 21 tran-

zystorÛw i pr¹d zaleøny od Uzas.

Rezystory R6 i†R7, o†stosunko-

wo duøych wartoúciach, ograni-

czaj¹ pr¹dy wejúÊ RST i†CLK

U1..U3, p³yn¹ce przy Uzas>5V

(pr¹dy te wynikaj¹ z†rÛønicy na-

piÍÊ zasilania obu czÍúci uk³adu).

Jak zasilaÊ?

PobÛr pr¹du zaleøy od aktual-

nych wskazaÒ wyúwietlaczy -

†maksymalnie 80mA. Tylko nie-

znacznie zaleøy od Uzas. Trzeba

pamiÍtaÊ, øe monitor, jeúli uøy-

wany jest do badania stanÛw

logicznych zewnÍtrznego urz¹dze-

nia, musi mieÊ takie samo napiÍ-

cie zasilania co zewnÍtrzne urz¹-

dzenie. RÛønice nie mog¹ przekro-

czyÊ 0,3V. Nie moøna zasiliÊ

monitora bateri¹ 4,5V i†badaÊ

urz¹dzenia zasilanego np. napiÍ-

ciem 5V. Odwrotna sytuacja jest

dopuszczalna, choÊ nie zalecana.

OgÛlnie nie naleøy przekraczaÊ

15V. Taka rozpiÍtoúÊ napiÍciowa

stanowi na pewno zaletÍ. W†pÛ³-

profesjonalnych zastosowaniach

zalecam buforowanie wejúÊ infor-

macyjnych U4 uk³adem CD4050,

przydatnym teø w†funkcji transla-

tora poziomu. Do samego urucho-

mienia (i ewentualnych ekspery-

mentÛw z†kodem dwÛjkowym, za-

dawanym prze³¹cznikiem S3) wy-

starczy nowa bateria 4,5V. Gdyby

Uzas nigdy nie mia³o byÊ wyøsze

od 5V, to moøna zrezygnowaÊ

z†elementÛw D1, D2, R4, T4 (a

takøe z†diody Schottky'ego D4,

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

Elektronika Praktyczna 9/98

Monitor słowa ośmiobitowego

ktÛra zabezpiecza z³¹cze B-E T1

przed przebiciem dla Uzas>8V).

W†miejsce T4 trzeba umieúciÊ

zworÍ, ³¹cz¹c¹ punkty kolektora

z†emiterem. Dioda D3 chroni

uk³ad przed odwrotnym zasila-

niem zwieraj¹c w†takiej sytuacji

zasilacz.

jest uøywany). Tak ³atwiej by³o po

prostu poprowadziÊ úcieøki. Dla

pewnoúci, lokalizacjÍ DP zazna-

czy³em na p³ytce.

Uruchomienie sprowadza siÍ

do w³¹czenia zasilania, kontroli

napiÍcia na emiterze T4 (jeúli jest

zamontowany) i†ewentualnie czÍs-

totliwoúci na wyprowadzeniu

MOD32 U5.

Na wyúwietlaczu W1 úwieci

siÍ ìzeroî dziÍki rezystorowi R18,

ktÛry na R10..R17 zapewnia po-

tencja³ masy. WciúniÍcie S1 spo-

woduje wyúwietlenie ì255î. Poda-

nie H†na J0 wyúwietli ì1î. Stan

H†podawany kolejno (np. za po-

moc¹ S3) na pozosta³e wejúcia

pokaøe, zgodnie z†oczekiwaniami,

kolejne potÍgi dwÛjki. Wejúcia

J0..J7 s¹ dostÍpne na z³¹czu typu

goldpin, z†rastrem 2,54mm.

Przycisk S2, s³uø¹cy do testu

wyúwietlaczy LED, nie jest ko-

nieczny (R9 trzeba pozostawiÊ).

ElementÛw generatora RC nie

warto zastÍpowaÊ kwarcem, po-

niewaø stabilnoúÊ czÍstotliwoúci

jest w†tym przypadku spraw¹ trze-

ciorzÍdn¹.

Andrzej Kowalczyk, AVT

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R3, R5, R8, R19: 6,8k

Ω

R4, R18: 1k

Ω

R6, R7, R9: 22k

Ω

Kondensatory

C1, C3, C4: 24pF lub 20..27pF

C2: 10nF

C5: 1000nF/63V

Półprzewodniki

D1: dioda Zenera 10V/0,4W

D2: dioda Zenera 6,2V/0,4W

D3: 1N5822 lub inna Schottky'ego

o Ip>=1A

D4: BAT85 lub inna Schottky'ego

małej mocy

T1: BC327−25/40

T2: BF245A

T3: BC547

T4: BD135, BD139

U1, U2, U3: CD4033

U4: CD40103

U5: CD4060

W1, W2, W3: wyśw. LED

Kingbright 13mm ze wspólną

katodą

Montaø i†uruchomienie

Montaø odbÍdzie siÍ wed³ug

schematu montaøowego z† rys.

2 .†Widok mozaiki úcieøek przed-

stawiono na wk³adce wewn¹trz

numeru. Pod uk³adami scalonymi

i†rezystorami R14..R16 znajduj¹

siÍ zworki, ktÛre naleøy wlutowaÊ

w†pierwszej kolejnoúci. NastÍpnie

wlutowujemy piÍÊ podstawek

(szesnastek) pod scalaki.

Tranzystor T2 na koÒcu (wy-

prowadzenie bramki: pierwsze

z†lewej). P³ytkÍ zaprojektowano

pod wyúwietlacze firmy King-

bright, oferowane rÛwnieø przez

AVT. Inne wyúwietlacze mog¹

mieÊ odmienny uk³ad wyprowa-

dzeÒ. Uwaga: naleøy je zamonto-

waÊ ìdo gÛry nogamiî. Kropka

(DP - decimal point), bÍdzie jakby

apostrofem kaødej z†cyfr (DP nie

Elektronika Praktyczna 9/98

R2: 10M

R10..R17: 1M

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: