Visa version
Visa
< föregående
|
nästa >
Jämför
< föregående
|
nästa >
Lab1 Lab2 wiki (sw)
Kretsar och Kopplingsdäck
Vid laborationerna använder vi digitala kretsar ur den så kallade 74-serien i kapslar av DIL-typ (Dual In Line) för hål-montering på mönsterkort. Detta är idag att betrakta som rena reservdelskretsar, och utvecklingen har också gått mot helt andra kapseltyper för yt-montering.
Dessa gamla kretsar är dock oslagbara för experiment med enkla kopplingar på kopplingsdäck. Kopplingsdäck används numera också till mycket komplexa kretsar - som då är monterade på Breakout Board (så att de ser ut som DIL-kretsar). Att arbeta med kretsar på kopplingsdäck är därmed det naturliga arbetsättet vid projektarbeten och examensarbeten i skolan.
- Fritzing En bra programvara för att dokumentera kopplingar med kopplingsdäck, och generera kretsschema, och eventuellt tillverka kretskort. (Detta program kommer att användas i kursen IE1206 men behövs ej för denna kurs). Den som är intresserad kan ladda hem det redan nu.
Datablad till laborationernas kretsar
De digitala kretsarna har kapslar med 14 eller 16 ben. För orientering har kapslarna ett uttag på ena kortsidan, där kan också finnas en "prick" för att markera pinne nummer 1. Två av benen ska anslutas till matningsspänning och jord de övriga pinnarna används som logiska ingångar och utgångar, ibland kan någon pinne sakna anslutning till något inuti kretsen det kallas då för NC (No Connection). Pinnarnas funktion framgår av databladen, och i viss mån också av symboler och beteckningar i figurerna.
Några varningar.
Två utgångar får inte kopplas ihop med varandra. Det blir en så kallad kortslutning och utgångsvärdet blir osäkert 1/0 (?). Oanslutna ingångar fångar upp elektriska störningar och måste därför betraktas som osäkra 1/0 (?) de bör därför alltid anslutas till lämplig fast nivå 1/0 beroende på funktionen.
Kopplingsdäck
Kopplingsdäck vid laborationen. Matningsspänning och jord är redan anslutna på labutrustningarna. Bild på kopplingsdäckets undersida med kontaktfjädrarna synliga. Bild på kontaktfjäder för fem hål.
Kopplingsdäck vid laborationen. Kretsarna är instuckna i hål på kopplingsdäckets översida av plast. På undersidan finns kontaktfjädrar av metall som ansluter elektriskt till pinnarna och för vidare anslutningen till ytterligare fyra hål. I hålen kan man sticka ned kopplingsledningar så att anslutningen kan föras vidare till andra pinnar.
Kontaktfjädrarna är i grupper om 5 hål vertikalt. Detta motsvarar en kopplingspunkt (en nod) i ett kopplingsschema. I mitten av kopplingsdäcket finns ett isolerande "dike" så att pinnarna på kretsarnas båda långsidor isoleras från varandra. Kopplingsdäckets långsidor har extra långa kontaktfjädrar, så att alla hålen är här anslutna till varandra. Långsidornas hål används för att ansluta matningsspänning och jord till övriga kretsar. Övre långsidans hål är alla anslutna till +5V och nedre långsidans till Jord (0V).
Många kopplingsdäck har dubbla rader med hål på långsidorna - varje långsida kan då ha både matningsspänning och jord, man kan då enklare undvika att behöva dra ledningar över kretsarna, detta underlättar senare utifall om någon krets går sönder och måste bytas.
Långa kopplingsdäck har långsidans kontaktfjädrar uppdelade i två sektioner och två rader. Sektionerna kan då användas för flera olika matningsspänningar till kretsarna - någon standard för detta finns egentligen inte - för ett sådant fall man får helt enkelt noga ta reda på vad som gäller!
Övriga komponenter
För att generera logiska insignaler använder vi DIP-switchar och gröna lysdioder. Observera att vi använder speciella lysdioder med inbyggda strömbegränsande resistorer (dom kostar någon krona mer, men förenklar kretsen)! När strömbrytaren är öppen blir logiksignalen 0 på den gula ledningen, eftersom lysdioden är släckt och håller ledningen på 0V. När strömbrytaren är sluten går det ström till den gröna lysdioden, spänningen är +5V och den lyser, och logiksignalen på den gula ledningen är då 1. Man manövrerar DIP-switchen med en skruvmejselspets.
För att se logikkretsarnas utgångsnivåer använder vi röda lysdioder.
Från schema till kopplingsdäck. I schemat har vi en NAND-grind kopplad som inverterare. På kopplingsdäcket väljer man ut en av de fyra NAND-grindarna i chippet. En bygel (kopplingstråd) kopplar ihop ingångarna. Gul ledning IN leder till ingångarna och grön ledning OUT till grindens utgång. Matningsspänning (röd ledning) och jord (svart ledning) är anslutna till chippet.
Simulering av logikfunktioner
Kan man kontrollera logikfunktioner utan att behöva koppla upp kretsarna?
Det ursprungliga sättet att kontrollera att elektronikkonstruktioner fungerar som avsett var att koppla upp och därefter kontrollmäta på kretsarna. I takt med att elektroniken blivit mer komplicerad och integrerad har detta blivit svårt - samtidigt som datorprogrammen har utvecklats så att det numera är naturligt att i hög utsträckning lita till simuleringar.
1973 utvecklades simulatorprogrammet SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) vid University of California, Berkeley för att användas vid konstruktion av integrerade elektronikkretsar. Det är detta program som används än i dag av elektronikkonstruktörer - och i kursen kommer vi att används den modernare versionen LTSpice!
Spice är en analog simulator, den använder således kontinuerliga värden på spänningar och strömmar. Detta är nödvändigt för den som ska konstruera integrerade kretsar, men för att kontrollera logiska funktioner skulle vi kunna nöja oss med en enklare simulator som bara räknar med 1 och 0. Beräkningskraften hos dagens datorer är dock så hög att vi slipper välja!
Besök: http://www.linear.com/ för att hämta och installera programmet LTspice på din egen dator. Du behöver inte registrera dig om Du inte vill.
Kopplingsdäcks-simulator
JBBsim.zip ( vi har ändrat figurerna till europeiska symboler )
Java Bread Board Official Site
Ett bra hjälpmedel för att göra förberedelseuppgifterna, och för att simulera sina kopplingar innan laborationerna, är Java BreadBoard Simulator. Du laddar hem simulatorn som en ZIP-fil från kurswebben. I skolan packar Du upp ZIP-filen i din servermapp under H:/, tex. H:/JBBsim ( hemma tex. i C:/JBBsim ), och startar simulatorn genom att dubbelklicka på kommandofilen go.bat som finns bland de upp-packade filerna.
Vill Du undvika "datorstrul"? Skolans datasalar, med Windows-datorer är lämpliga att använda till denna kurs. JBB-fungerar där.
Hemma ser Du först till att ha JAVA på din dator, innan Du packar upp filerna (var som helst). JAVA går att köra med de flesta operativsystem och några olika passande kommandofiler för att starta simulatorn är medlevererade.
( Vid behov ladda hem Oracle JVM )
Det verkar som om JBB inte går att köra på java version 8, använd i så fall version 7 Update 71.
Inuti ett breadboard finns kontaktgrupper som täcker grupper om fem vertikala hål.
Den övre horisontella kontaktgruppen är för +6V spänningsmatning,
och den nedre kontaktgruppen är för jord (spänningskällans minus).
Logikgrindarnas sanningstabeller
( inför lab Kombinatoriska kretsar )
NAND-grind 7400
Börja med menyalternativet Insert Breadboard för att få ett kopplingsdäck att arbeta med. Man kan hämta flera kopplingsdäck efter varandra om ett kopplingsdäck inte skulle räcka till.
Därefter hämtar man komponenter. Hämta en gång med Insert - DIP Switches - Double och två gånger med Insert - LED - Green samt en gång med Insert - LED - Red. Komponenterna hamnar på fel ställe på kopplingsdäcket, men man kan klicka och hålla nedtryckt och dra dem rätt. Här har vi använt en konvention att visa insignaler med gröna lysdioder och utsignaler med röda.
Kretsen 7400 hämtas med komandot Chip - ttl - logic - Gen7400 - OK, och dras med musen till rätt ställe.
Röd ledningsfärg väljs med kommandot Wire - Red, liksom övriga ledningsfärger. För att börja dra ledningar väljs kommandot Wire - Add Wires. Vid startpunkten vänsterklickar man, vid slutpunkten dubbelklickar man. Behöver man dra ledningen i vinkel klickar man vid varje böj. Den övre långa hålraden är matningsspänningen +5V ("1"), och den nedre jord, 0V ("0"). Vi har använt oss av konventionen att ansluta matningsspänning med röda ledningar, och jord med svarta. Övriga ledningsfärger väljs så att kopplingen blir tydlig.
Under laborationen har Du bara tillgång till Dip switches och LED, lysdioder. Vi använder komponenter som har samma egenskaper som simulatorns. (Lysdioderna vid laborationen har tex. inbyggda seriemotstånd).
OBSERVERA! Simulatorn kan bara simulera digitala signaler. Speciella kopplingar som ger upphov till mellanliggande spänningsvärden kommer därför inte att simuleras rätt. (Ex. seriekopplade lysdioder).
Kopplar man som i figuren ovan kan man vara säker på att simuleringarna överenstämmer med verkligheten.
Även "virtuella" komponenter
Simulatorn har även komponenter som saknar sin motsvarighet i verkligheten, tex. en simulerad Hex Display som kan hämtas med menyalternativet Insert - Chip - Components - Hex Display. Fördelen med displayen är att den är tydligare än lysdioder, även när man som här bara använder siffrorna 0...3.
Simulatorn stoppas-pausas-stegas-startas med knappar som använder allmänt vedertagna symboler (liknande de på en kassettbandspelare).
Starta simuleringen, och klicka på komponenten Dip Switches Double för att förändra inställningen on/off så att Du därmed går igenom de fyra ingångskombinationerna. Fyll så i sanningstabellen.
En ändå bekvämare testuppkoppling får man om man byter ut Dip Switches Double mot HexKeyPad (menykommando Insert - Chip - Components - HexKeyPad). Om man därefter dubbelklickar på denna simulerade "komponent" öppnas ett tangentbord, en så kallad KeyPad. Med denna KeyPad kan man bekvämt mata in de hexadecimala talen 0...F. Vi använder till att börja med talen 0...3. Observera! Ledningarna med orange färg visar att även några av de gula ledningarna behöver ändras till denna koppling.
Dom virtuella komponenterna HexKeyPad och Hex Display är bekväma att använda - men för att förbereda och dokumentera den verkliga uppkopplingen är det Dip Switches och LED som gäller.
AND-grind 7408
Markera 7400-kretsen och ta bort den med delete-knappen. 
( stoppa simuleringen först ).
Hämta kretsen Gen7408 med kommandot Chip - ttl - logic - Gen7408 - OK. Upprepa simuleringen med denna komponent och fyll i sanningstabellen.
OR-grind 7432
Upprepa samma för OR-grinden 7432.
Kombinatorisk krets
( inför lab Kombinatoriska kretsar )
Alla kopplingar som Du gör med den kombinatoriska kretsen vid laborationen kan Du simulera i förväg hemma.
Addition av 8-bitstal eller 4-bitstal
( inför lab Kombinatoriska kretsar )
Vid laborationen har vi kretsen 74283 som är en 4-bitsadderare. Den kretsen finns inte med till simulatorn, i stället finns en "fantasikrets" - en 8-bitsadderare.
Man får därför välja mellan att "strypa ned" kretsen till 4 bitar, som visas i figuren nedan, eller simulera addition av 8-bitstal.
Om A3 och B3 båda är "1" så får heladderarsteget med A4 och B4 ingående carry "1" oavsett vad de tidigare ingångarna ( CIN A0 B0 A1 B1 A2 B2 ) har för värden (de kan därför lämnas oanslutna)! A3 och B3 kan därför kopplas ihop som ingående carry CIN till en fyrbitsadderare för talen A7 A6 A5 A4 och B7 B6 B5 B4 och med summan S7 S6 S5 S4.
8-bitsadderaren finns under menyn Insert - Chip, därefter dubbelklicka på, - cpu - jx_york_ac_uk - j1 -Adder8bit, och klicka på OK.
Exempel på simulatorkoppling för 4-bitsaddition!
Låskrets med NOR-grindar
( inför lab Sekvenskretsar )
Exempel på simulatorkoppling för att undersöka låskrets med NOR-grindar.
OBSERVERA! Vid simuleringen använd 7428 i stället för 7402 som råkat få felaktig benkonfiguration i simulatorn! - Båda kretsarna är i verkligheten lika, enda skillnaden är att 7428 är en (starkare) bufferkrets.
Klockad D-vippa
(inför lab Sekvenskretsar)
Tips! Simulatorn har en specialkomponent, en klockpulsgenerator. Klockpulsgeneratorn finns under menyn Insert - Chip, därefter dubbelklicka på, - oscillator - GenClk, och klicka på OK.
D-vipporna finns under menyn Insert - Chip, därefter dubbelklicka på, - ttl - flipFlop - Gen7474, och klicka på OK.
Exempel på påbörjad simulatorkoppling.
Alla D-vippans ingångar måste anslutas till rätt logiknivåer!
Ställ in SimSpeed så att lysdioderna blinkar med ungefär sekundfart.
Lämplig Hastighetsinställning är beroende av din dators prestanda.
Gray-kod upp/ner-räknare
( inför lab Sekvenskretsar )
Exempel på påbörjad simulatorkoppling för Gray-kod-räknaren.
Skiftregister-räknare
( inför lab Sekvenskretsar )
Vid simulering kan man använda kretsen 74164, tillsammans med en extra EXOR-grind, som ersättning för 74175.
Kretsen 74175 ingår inte i simulatorn, däremot ingår några olika skiftregisterkretsar. Det man kan göra är att använda kretsen 74164 som är ett 8-bitars skiftregister. Man avstår då från de sista fyra vipporna QE QF QG QH. Se figuren.
Skiftregistret finns under menyn Insert - Chip, därefter dubbelklicka på, - ttl - shiftRegister - Gen74164, och klicka på OK.
Komponenter som behövs för att simulera de olika skiftregister-räknarna.