Irányítástechnika Elıadás. A logikai hálózatok építıelemei

Átírás

1 Irányítástechnika 1 6. Elıadás A logikai hálózatok építıelemei Irodalom - Kovács Csongor: Digitális elektronika, Zalotay Péter: Digitális technika, U. Tiecze, Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök, Mőszaki Könyvkiadó, Helmich József: Irányítástechnika I, Tony R. Kuphaldt: Lessons In Electric Circuits, Volume IV Digital, 2007

2 A logikai hálózatok elemi egységei Alapfogalmak: - a logikai értékek villamos jelhordozói; - terhelési viszonyok; - jelterjedési idı. Alapáramkör típusok: - kapu áramkörök; - tároló áramkörök (flip-flop); - jelgenerátorok; - késleltetı áramkörök; - jelformáló, illesztı áramkörök. Vizsgált kérdések: - az áramkör mőködési elve; - a megvalósított logikai funkció; - csatlakoztatási feltételek.

3 A logikai értékek villamos jelhordozói Relés logikai áramkörökben: az áram : IGAZ/HAMIS folyik/nem folyik áram Félvezetıs logikai áramkörökben: feszültségszintek Logikai szintek U 1 - logikai 1 szint névleges értéke, U 1H - logikai 1 szint nagyobb abszolút értékő szélsı értéke, U 1L - logikai 1 szint kisebb abszolút értékő szélsı értéke, U 0 - logikai 0 szint névleges értéke, U 0H - logikai 0 szint nagyobb abszolút értékő szélsı értéke, U 0L - logikai 0 szint kisebb abszolút értékő szélsı értéke.

4 Terhelési viszonyok Bemeneti terhelési szám (fan-in) az áramkör bemeneti áramának és az egység-terhelésnek a hányadosa. Kimeneti terhelési szám (fan-out) az áramkör megengedett kimeneti áramának és az egységterhelésnek a hányadosa. A fan-out így megadja azt, hogy az áramkör hány áramkört tud vezérelni. Jelterjedési idı t up : time up t f : time fall t pd : propagation delay

5 TTL rendszerő kapuk A normál TTL sorozat alap kapuja: NAND (ÉS-NEM) 2, 3, 4, 8 bemenető kivitelben t f = 7-8 ns; t u = ns; t pd = 10 ns Fan-out: 10 (20) Bemeneti áram: I be0 = 1 ma (<1.6 ma) 0 szintő vezérlésnél I be1 = 5 µa (<40 µa) 1 szintő vezérlésnél Tápáram-felvétele: ~3 ma (kimenet 0) / ~1 ma (kimenet 1) NOR (VAGY-NEM) 2 bemenető kivitelben

6 Bemenetszám-bıvítés K = (ABC)(DE) = ABCDE Komplex függvénykapcsolat Z = AB + ABC + AC

7 Huzalozott ÉS Kollektror-köri ellenállás méretezése: Kimeneti tranzisztorok védelme: Kimeneti feszültségszint biztosítása: (U 12 : kimeneti 1 szint alsó határa)

8 CMOS kapuk NOR Inverter T2 T1 NAND T1 (n csatornás) és T2 (p csatornás) növekményes típusú tranzisztor A csatorna szimmetrikus (S, D felcserélhetı) csatorna-ellenállás: 1 kω kimeneti áram 0,5 ma bemeneti áram: 5 na táp-feszültség U DD - U SS : 3-15 V

9 Astabil áramkörök - oszcillátorok Visszacsatolt inverter: nincs stabil állapota TTL kapuval MHz frekvencián. Relével: khz (buzzer) a Ford T modell gyújtókörében (1924)

10 Monostabil áramkörök - jelformálók Idırelés felmenı-él detektor Félvezetıs felmenı-él detektor (trigger áramkör) U be U c U ki U be a. U c t U ki t b. t

11 Logikai kapus él-detektorok Felmenı-él detektor Lefutó-él detektor Lehetıvé teszik a dinamikus kapcsolási hazárd kiküszöbölését. A késleltetést az invertáló kapuk jelterjedési ideje biztosítja.

12 Bistabil áramkörök tárolók (flip-flop) két stabil állapotú (bistabil) áramköri kapcsolások; 1 bit információ tárolására alkalmasak. közvetlen vezérléső (aszinkron) kapuzott vezérléső (szinkron) Statikus RS tároló együtemő kétütemő (közbensı tárolóval) Logikai 1 szinttel vezérelt (NOR kapuk) Logikai 0 szinttel vezérelt (NAND kapuk)

13 Statikus RS tároló Relés megoldás létradiagramja latch = rögzítés, reteszelés Bekapcsoláskor fellépı hazárd feloldása Idırelével:

14 Kapuzott RS tároló Csak az engedélyezı jel logikai 1 értékénél lehet írni

15 D tároló Egyetlen beíró bemenet van. Nincs tiltott állapot Egy bit tárolására szolgál. D értékét lehet beírni amikor az engedélyezı bemenet 1.

16 Él-vezérelt tárolók Felmenı-él vezérelt RS flip-flop A hazárdveszély csak az órajel felmenı élének rövid idejére áll fenn. Felmenı-él vezérelt RS illetve D flip-flop Lefutó-él vezérelt RS illetve D flip-flop

17 Dinamikus billentéső J-K flip-fiop toggle = átkapcsolás. J = 1 és K = 1 esetén a következı órajel a kimenet állapotát megfordítja. Felmenı- illetve lefutó-él vezérelt JK flip-flop

18 Aszinkron flip-flop bemenetek PRESET Q = 1 re állítja a kimenetet függetlenül a szinkron bemenetek állapotától. CLEAR Q = 0 ra állítja a kimenetet függetlenül a szinkron bemenetek állapotától. Pozitív logikájú aszinkron bemenetek. PRE és CLR egyidejő bekapcsolása hazárdhoz vezet! Negatív logikájú aszinkron bemenetek.

19 Mester-szolga J-K tároló

20 Mester-szolga J-K tároló Mőködési táblázat L jelenti a logikai 0-át (Low) H jelenti a logikai 1-et (High)