Stand de Laborator Pentru Disciplina Cid

Cuprins

Introducere. Motivarea temei de licență

Cap.1 Circuite integrate digitale. Tipologie. Clasificare

1.1. Circuite integrate elementare

1.1.1. Apariția circuitului integrat. Scurt istoric.

1.1.2. Clasificarea circuitelor integrate digitale

1.2. Circuite integrate digitale combinaționale

1.2.1. Porți logice elementare

1.2.1.1. Poarta „ȘI” (AND)

1.2.1.2. Poarta „SAU” (OR)

1.2.1.3. Poarta „NU” (NOT)

1.2.1.4. Poarta „Sau-Exclusiv” (XOR)

1.2.2. Multiplexoare

1.2.3. Demultiplexoare

1.2.4. Codificatoare

1.2.5. Decodificatoare

1.2.5.1. Decodificatorul BCD-zecimal

1.2.5.2. Decodificatorul BCD-7 segmente

1.3. Circuite integrate digitale secvențiale

1.3.1. Circuite basculante bistabile (CBB)

1.3.1.1. CBB R-S

1.3.1.2. CBB J-K

1.3.1.3. CBB D

1.3.1.4. CBB T

1.3.2. Registre de deplasare

1.3.2.1. Serial Input – Serial Output (SISO)

1.3.2.2. Serial Input – Paralel Output (SIPO)

1.3.2.3. Paralel Input – Serial Output (PISO)

1.3.2.4. Paralel Input – Paralel Output (PIPO)

1.3.3. Numărătoare

1.4. Convertoare electronice

1.4.1. Convertorul analog – digital (ADC)

1.4.2. Convertorul digital – analogic (DAC)

1.5. Memorii. CID programabile

Cap. 2 Lucrări tipice de laborator pentru disciplina CID.

Producători de standuri de laborator

2.1. Lucrări tipice de laborator pentru CID

2.2. Firme producătoare de standuri de laborator pentru CID

2.2.1. Firma DeLorenzo

2.2.2. Firma Com3Lab

Cap. 3 Interpretare personală

3.1. Interfețe de realizare a PCB-urilor

3.1.1. CadSoft EAGLE PCB Design Software

3.1.2. NI Multisim

3.2. Teme alese pentru realizare practică

3.2.1. Stand de laborator pentru CID combinaționale

3.2.1.1. Multiplexoare

3.2.1.2. Demultiplexoare

3.2.1.3. Codificatoare

3.2.1.4. Decodificatoare

3.2.2. Stand de laborator pentru CID secvențiale

3.2.2.1. Registre de deplasare

3.2.2.2. Numărătoare

3.2.2.3. CBB de tip J-K

3.2.2.4. CBB de tip D

Cap. 4 Proiectarea sursei de alimentare

4.1. Generalități

4.2. Protecție la scurt circuit și la supra sarcină.

4.3. Sursa standurilor

Cap. 5 Îndrumar de laborator

5.1. Lucrarea1: Multiplexoare

5.2. Lucrarea2: Demultiplexoare

5.3. Lucrarea3: Codificatoare

5.4. Lucrarea4: Decodificatoare

5.5. Lucrarea5: Registre de deplasare

5.6. Lucrarea6: Numaratoare

5.7. Lucrarea7: CBB J-K

5.8. Lucrarea8: CBB D

Cap. 6 Concluzii

Bibliografie

CAPITOLUL 1. CIRCUITE INTEGRATE DIGITALE. TIPOLOGIE. CLASIFICARE

1.1. Circuite integrate elementare

Circuitul integrat (IC – integrated circuit) reprezintă un dispozitiv electronic compus din mai multe componente electrice și electronice, pasive sau active, interconectate între ele. Aceste sunt plasate pe o plăcuță dintr-un material semiconductor (de obicei, Siliciu sau Germaniu), care este încapsulata într-o capsulă de plastic care prezintă conexiuni cu lumea exterioară, conexiuni numite pini sau terminale (”piciorușe”).

Fig.1.1. Exemple de circuite integrate

1.1.1. Apariția circuitului integrat. Scurt istoric.

În data de 12 septembrie 1958, un inginer al firmei Texas Instruments, pe nume Jack Kilby (1923-2005), a realizat primul circuit integrat din lume, iar invenția lui a schimbat total istoria tehnologiei.

Fig. 1.2. Primul circuit integrat

Circuitul integrat al lui Kilby (prezentat în imaginea de mai sus, nu reprezenta altceva decât o bandă metalică, amplasată pe un suport de sticlă), destul de sumbru realizat, privit cu ochii tehnologiei de astăzi, integra un singur tranzistor, câteva rezistențe și un condensator, pe o plăcuță realizată din germaniu. Circuitul era însă perfect funcțional și nu făcea altceva decât să producă o formă sinusoidală pe un ecran de osciloscop.

Denumirea și ideea de circuit integrat nu era tocmai nouă, cu câțiva ani înainte, mai exact în 1952, un om de știință britanic, Geoffrey Dummer, a încercat la rândul său realizarea unui astfel de circuit, însă eforturile sale în creerea unui dispozitiv funcțional au eșuat. Vizibil suprinși de invenția lui Kilby, la doar o jumătate de an distanță, inginerul Robert Noyce, de la Fairchild Semiconductor, reușea sa ducă la bun sfârșit propria lui viziune asupra circuitului integrat, de data aceasta realizat pe o placă de siliciu, reușind prin aceasta să rezolve mai multe probleme pe care Kilby nu le rezolvase.

Pe plan istoric, Kilby rămâne cu titulatura de ”părintele circuitului integrat”, pentru care în anul 2000 a câștigat și premiul Nobel. Robert Noyce, care a rămas în istorie drept co-inventatorul circuitului integrat, reușea în 1968 să construiască firma Intel, alături de Gordon Moore, părintele Legii lui Moore.

1.1.2. Clasificarea circuitelor integrate digitale

Odată cu descoperirea primului circuit integrat și înțelegerea funcționării acestuia, tehnologia a început să se dezvolte foarte rapid, idee redată și de omul de știință Goordon Moore, care spunea ”numărul de tranzistoare per circuit integrat se dublează la fiecare 12 … 18 luni”. Astfel că s-a ajuns astăzi ca în fiecare incăpere să existe cel puțin un echipament electronic care să folosească un CI (circuit integrat), de la ceasul de pe noptieră până la televizorul LCD și de la telefonul mobil până la controlul prin satelit, totul este digitizat.

De ce este asa important tehnologia digitală? Câteva argumente ar fi : pentru că tehnica digitală este ieftină. Prețul circuitelor integrate digitale este într-o continuă scădere de la o zi la alta. Precizia acestor circuite este foarte mare. Cu ajutorul tehnologiei dispozitivelo programabile, operațiile care o data se realizau manual, acum ele pot fi programate.

Pe lângă toate aceste argumente care vin în favoarea tehnologiei digitale, apare și un contra-argument care vrea sa echilibreze oarecum această balanță, acesta ar fi că lumea înconjurătoare este în marea ei parte analogică.

Circuitele digitale se împart în ordine, notate cu ”S”, existând 6 ordine, S0 → S5. În tabelul de mai jos, sunt prezentate aceste ordine, reprezentantul tipic al acestora și extensia fiecărui ordin.

Table 1.1. Clasificarea circuitelor integrate digiale

Sistemele de ordin S0 (circuitele combinaționale) au ca reprezentat specific poarta logică. Conectarea într-un anumit mod a mai multor porți logice duce la realizarea unui circuit logic combinațional (CLC), dintre acestea cele mai importante sunt: multiplexoru, demultiplexorul, codificatorul, decodificatorul, sumatorul.

Ordinul S1 îl reprezintă circuitele logice secvențiale (CLS), reprezentate de circuitele basculante bistabile (CBB). Prin conectarea mai multor bistabili se pot obține circuite precum registrii de deplasare, numărătoare.

S2 – sistemele de ordinal doi sau automatele elementare sincrone au ca și reprezentant tipic numărătorul. Extensia este completată din numărătoare, divizoare programabile, automate secvențiale sincrone cu facilități multiple.

Sistemele microprogramabile au început să prindă tot mai mult contur în echipamentele electronice de astăzi. Simpla lor alcătuire (dimensiuni relavi mici) și modul de lucru, bazat pe câteva instrucțiuni (linii de cod), pot face ca microcontrolerul, ca și reprezentant tipic al acestei clase, să fie din ce în ce mai utilizat în industria digitală.

Sistemele de ordin S4 au ca reprezentant specific ordinului, calculatorul. Acesta însă nu are o definiție generală fixă, o idee ar putea defini calculatorul ca fiind o mașină de calcul, performantă, sistem programabil care este capabil să execute diferite instrucțiuni într-un timp foarte scurt (ordinul nano-secundelor).

Prin interconectarea mai multor calculatoare,va rezulta o rețea de calculatoare, reprezentant al celei mai diversificate categorii de circuite digitale. Rețelele de calculatoare, în funcție de numărul de calculatoare conectate, pot fi : retele LAN (Local Areea Network), ce pot fi amplasate într-o clădire, rețele MAN (Metropolitan Areea Network), rețea la nivel de oraș, iar cele de o întindere foarte mare, la nivel de țară sau continent, ar fi WAN (Wide Areea Network).

În realizarea și producerea de circuite integrate digitale, se ia în calcul tot mai serios, raportul dintre costurile necesare producerii de circuite și eficiența pe care acestea o dau în momentul utilizării. Astfel se urmărește realiarea de dispozitive la costuri cât mai reduse, dar care dau un randament cât maxim.

Un alt punct de vedere luat în considerare în realizarea circuitelor, ar fi din nou un raport, de data aceasta între partea soft și partea hard, care apar într-un circuit. La o scurtă privire asupra clasificării menționate mai sus, putem spune că ordinele S0 și S1 rezintă 100% parte hardware, softul lipsind cu desăvârșire. Abia de la ordinul S2, începe să își facă simțită prezența partea software, într-un nivel totuși destul de scăzut. De la odinul S3 în sus, vedem că partea hardware începe ușor să scadă, softul fiind din ce în ce mai prezent. Astfel că un microcontroler, realizat relativ simplu pe partea hardware, poate să facă o diversitate de instrucțiuni, cerute de către programator, prin partea software.

Fig. 1.3. Raportul hardware-software la sistemele numerice

1.2. CID Combinaționale

Un sistem poate fi caracterizat prin semnalele aplicate la intrare, semnalele colectate la ieșire și prin funcțiile care au loc în structura sa internă. Cunoscând aceste modalități de caracterizare a circuitelor, putem spune că un Circuit Logic Combinațional (CLC) reprezintă un circuit fără memorie, caracterizat prin faptul că semnalele de la ieșirea circuitului depind numai de cele de la intrare, fiind total independente de stările anterioare ale circuitului.

Un CLC, poate fi exprimat prin tripletul:

CLC = (X,Y,F)

unde: X = semnal de intrare;

Y = semnal de ieșire;

F = funcția pe care circuitul o realizează.

Fig. 1.4. Schema bloc a unui CLC

Circuitele Logice Combinaționale se împart și ele la rândul lor în :

– Porți logice (”ȘI”, ”SAU”, ”NU”, ”SAU-EXCLUSIV”);

– Multiplexoare ( 2:1, 4:1, 8:1);

– Demultiplexoare (1:2, 1:4, 1:8);

– Codificatoare;

– Decoficatoare;

În cele ce urmează voi face o succintă analiză și sinteză a principalelor tipuri de CLC-uri.

1.2.1. Porți logice

O poartă logică reprezintă un dispozitiv electronic care permit realizarea anumitor funcții logice sau matematice elementare (adunarea sau înmulțirea), modul de operare al acestora nefiind cu cifre zecimale, ci cu semnale de „0” sau „1” logic. Exceptând poarta inversoare „NOT” , restul porților prezintă două sau mai multe intrări digitale, iar ieșirea este reprezentată printr-o funcție simplă a acestor intrări.

1.2.1.1. Poarta „ȘI” (OR)

Una dintre cele mai ușor de înțeles porți este poarta ȘI. Numele i se trage de la ideea că ieșirea are valoarea 1 logic dacă și numai dacă ambele intrări sunt ”1”, în restul cazurilor ieșirea rămânând ”0”.

Fig. 1.5. Poarta „ȘI” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.2. Poarta „SAU” (OR)

Ieșirea unei porți logice SAU este ”1”, dacă una sau cealaltă intrare este pe nivel 1 logic. Combinația „00” duce ieșirea pe 0 logic.

Fig. 1.6. Poarta „SAU” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.3. Poarta „NU”/Inversoare (NOT)

Funcția realizată de aceasta face ca sa schimbe valoarea de intrare, astfel că dacă la intrare avem „1” ieșirea va arăta „0”, și invers.

Fig. 1.7. Poarta „NU” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.4. Poarta „SAU-EXCLUSIV” (XOR)

Poarta SAU EXCLUSIV este o poartă logică care poate avea doar două intrări și care scoate către semnalul de ieșire valoarea de „1” logic ori de câte ori cele două intrări sunt complementare (combinațiile 01 sau 10).

Fig. 1.8. Poarta „Sau-exclusiv” – simbol, tabel de adevăr

Prin diferitele combinații ale acestor porți logice, prezentate mai sus, putem sa construim orice funcție logică sau aritmetică dorită. Prin combinația unei porti „ȘI” cu una „NOT” se obține poarta „ȘI-NU” (NAND). Altă combinație ar fi între „SAU” și „NOT” obțemorie, caracterizat prin faptul că semnalele de la ieșirea circuitului depind numai de cele de la intrare, fiind total independente de stările anterioare ale circuitului.

Un CLC, poate fi exprimat prin tripletul:

CLC = (X,Y,F)

unde: X = semnal de intrare;

Y = semnal de ieșire;

F = funcția pe care circuitul o realizează.

Fig. 1.4. Schema bloc a unui CLC

Circuitele Logice Combinaționale se împart și ele la rândul lor în :

– Porți logice (”ȘI”, ”SAU”, ”NU”, ”SAU-EXCLUSIV”);

– Multiplexoare ( 2:1, 4:1, 8:1);

– Demultiplexoare (1:2, 1:4, 1:8);

– Codificatoare;

– Decoficatoare;

În cele ce urmează voi face o succintă analiză și sinteză a principalelor tipuri de CLC-uri.

1.2.1. Porți logice

O poartă logică reprezintă un dispozitiv electronic care permit realizarea anumitor funcții logice sau matematice elementare (adunarea sau înmulțirea), modul de operare al acestora nefiind cu cifre zecimale, ci cu semnale de „0” sau „1” logic. Exceptând poarta inversoare „NOT” , restul porților prezintă două sau mai multe intrări digitale, iar ieșirea este reprezentată printr-o funcție simplă a acestor intrări.

1.2.1.1. Poarta „ȘI” (OR)

Una dintre cele mai ușor de înțeles porți este poarta ȘI. Numele i se trage de la ideea că ieșirea are valoarea 1 logic dacă și numai dacă ambele intrări sunt ”1”, în restul cazurilor ieșirea rămânând ”0”.

Fig. 1.5. Poarta „ȘI” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.2. Poarta „SAU” (OR)

Ieșirea unei porți logice SAU este ”1”, dacă una sau cealaltă intrare este pe nivel 1 logic. Combinația „00” duce ieșirea pe 0 logic.

Fig. 1.6. Poarta „SAU” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.3. Poarta „NU”/Inversoare (NOT)

Funcția realizată de aceasta face ca sa schimbe valoarea de intrare, astfel că dacă la intrare avem „1” ieșirea va arăta „0”, și invers.

Fig. 1.7. Poarta „NU” – simbol, tabel de adevăr

1.2.1.4. Poarta „SAU-EXCLUSIV” (XOR)

Poarta SAU EXCLUSIV este o poartă logică care poate avea doar două intrări și care scoate către semnalul de ieșire valoarea de „1” logic ori de câte ori cele două intrări sunt complementare (combinațiile 01 sau 10).

Fig. 1.8. Poarta „Sau-exclusiv” – simbol, tabel de adevăr

Prin diferitele combinații ale acestor porți logice, prezentate mai sus, putem sa construim orice funcție logică sau aritmetică dorită. Prin combinația unei porti „ȘI” cu una „NOT” se obține poarta „ȘI-NU” (NAND). Altă combinație ar fi între „SAU” și „NOT” obținându-se astfel poarta „SAU-NU” (NOR).

1.2.2. Multiplexorul (MUX)

Multiplexoarele (MUX) sunt prezentate ca fiind circuite logice combinaționale, cu „m” căi de intrare și o ieșire unică. Funcția pe care aceste dispozitive electronice o fac, nu este alta decât să aleaga una dintre cele „m” intrări și sa o ducă spre ieșire. Modul de alegere al intării se face prin intermediul cod de selecție, numit adresă, acesta având o lungime de „n” biți. Numărul intărilor unui MUX este egal cu 2n (m=2n).

Schema de principiu al unui MUX este prezentată în figura următoare:

Fig 1.9 : Schema bloc a unui MUX 4:1

În funcție de poziția pe care se află comutatorul „K”, spre ieșirea „Y” se va transmite una dintre intrarile „I”. Poziția pe care o va ocupa selectorul „K” este dată de combinațiile intărilor de selecție (A0,A1,…,An), combinații care semnifică adresa uneia dintre intrări. Multiplexorul este prevăzut și cu o intrare de autorizare „E” care permite funcționarea sau blocarea mupliplexorului.

În practică se utilizează următoarele tipuri de multiplexoare:

cu 2 intări și 1 linie de adresă (MUX 2:1);

cu 4 intări și 2 linii de adresă (MUX 4:1);

cu 8 intrări și 3 linii de adresă (MUX 8:1);

cu 16 intări și 4 linii de adresa (MUX 16:1).

1.2.3. Demultiplexorul (DMUX)

Demultiplexoarele sunt circuite logice combinaționale, circuite opuse multiplexoarelor, cu o singură „I”, dar cu „m” căi de ieșire. Funcția pe care aceste echipamente electronice o realizează este o funcție de tranfer de informație de la intrare spre una din ieșiri, cale dată de combinația celor „n” intrări de selecție.

Schema bloc al unui demultiplexor este prezentată în figura următoare:

Fig 1.10 : Schema bloc a unui DMUX

Prin combinația intrărilor de selecție A0,A1,…,An , comutatorul „K” transmite semnalul de intrare „I” către una din ieșirile Y0,Y1,…,Ym. Demultiplexorul este prevăzut cu o intrare de autorizare „E”, care permite transmiterea sau blocarea transferului de date de intrare spre ieșire.

La fel ca și în cazul multiplexoarelor, există și se folosesc în practică diferite tipuri de demultiplexoare, clasificarea fiind făcută din punct de vedere al ieșirilor și al intrărilor de selecție. Astfel avem demultiplexoare:

cu 1 intrare de selecție și 2 ieșiri (DMUX 1:2)

cu 2 intrări de selecție și 4 ieșiri (DMUX 1:4)

cu 3 intrări de selecție și 8 ieșiri (DMUX 1:8)

cu 4 intrări de selecție și 16 ieșiri (DMUX 1:16), mai rar.

1.2.4. Codificatorul

Codificatoarele, așa cum le spune chiar numele, transformă (codifică) un semnal de intrare într-un alt semnal de ieșire. Aceste circuite logice combinaționale sunt caracterizate prin n intrări, iar pentru fiecare dintre aceste intrări îi corespunde doar un singur cuvânt de ieșire cu lungimea de m biți. Circuitele de codificare primesc la intrare un semnal codificat într-un cod diferit de cel binar și oferă la ieșire semnale codificate în cod binar sau echivalentul acestuia.

Fig 1.11 : Schema bloc al unui CDC

Unul dintre cele mai cunoscute circuite de codificare este codificatorul zecimal – binar. Acesta este caracterizat prin faptul ca semnalul de intrare este zecimal (0,1,2,….), iar la ieșire oferă semnal codificat în cod binar (combinații de 0 și 1 logic). Un bun exemplu îl reprezintă codificatorul pe 4 biți.

Circuitul este prevăzut cu 10 căi de intrare, reprezentând cifrele in cod zecimal (1,2, … ,9,0) și 4 căi de ieșire pentru o codificare în binar al semnalelor de intrare (0=0000, 1=0001, … , 9=1001).

Fig 1.12 : CDC zecimal-binar – simbol, tabel de adevăr

1.2.5. Decodificatorul

Decodificatoarele sunt circuite logice combinaționale cu n intrări și m ieșiri (m=2n) care activează o singură ieșire în funcție de combinația de biți care o primește la intrare. Circuitele de decodificare primesc la intrare semnale în cod binar (combinații de 0 și 1) și furnizează la ieșire semnale în cod zecimal sau echivalentul acestuia. Pe scurt, realizeaza funcția inversă codificatoarelor. Cele mai cunoscute decodificatoare sunt : decodificatorul BCD – zecimal și decodificatorul BCD – 7 segmente.

1.2.5.1. Decodificatorul BCD – zecimal.

Acest tip de decodificator are 4 intrări A,B,C,D corespunzătoare celor 4 biți din codul binar (0000…1111) și 10 ieșiri Y0,Y1,Y2…Y9 fiecare corespunzând uneia dintre cele 10 cifre zecimale (0,1,2,…,9). Modul de funcționare al acestor circuite logice este acela că prin cobinații de biți la cele 4 intrări, la ieșire sa avem o cifra zecimala. Prin construcția lor, ieșirile decodificatoarelor BCD – zecimal pot fi active în 0 logic sau în 1 logic.

Fig 1.13 : Schema bloc a unui decodificator BCD-zecimal

1.2.5.2. Decodificatorul BCD – 7 segmente.

Decodificatoarele de acest tip realizează o comandă către despozitibele de afișare numerică realizate din 7 segmente luminoase (led-uri). Principiul de funcționare este același ca la decodificatorul BCD – zecimal, adică semnalul de intrare este reprezentat prin diferite combinații de biți, iar prin polarizare directă a segmentelor luminoase, se poate forma orice cifră a sistemului zecimal. Decodificatorul BCD – 7 segmente este prevăzut cu 4 intrări (A,B,C,D) corespunzătoare celor 4 biți din codul binar și cu 7 ieșiri (a,b,c,d,e,f,g) reprezentând cele 7 led-uri luminoase.

Fig 1.14 : Schema bloc a unui decodificator BCD – 7 segmente

1.3. CID Secvențiale

Circuitele combinaționale secvențiale (CLS) sunt asemănătoare cu cele combinaționale, dar mai au în plus față de acestea elemente de circuit secundare, numite elemente de memorie. Acest tip de circuite se caracterizează prin faptul că în oricare moment, starea logică aflată la ieșirea circuitului depinde nu numai de starea intrărilor, ci și de stările logice anterioare pe care acesta le-a avut.

Un astfel de circuit logic secvențial se obține dintr-un circuit combinațional la care se adaugă ieșiri secundare (de memorie), care nu sunt altceva decât conexiuni de reacție inversă. În figura de mai jos este prezentată schema bloc a unui asfel de circuit logic secvențial.

Fig 1.15 : Schema bloc a unui CLS

În lumea electronicii cele mai cunoscute astfel de circuite sunt :

Circuite Basculante Bistabile (CBB)

Registrii de deplasare

Numărătoarele

1.3.1. Circuite basculante bistabile (CBB)

Circuitele basculante bistabile sunt cele mai simple circuite logice secvențiale, care au doar două stări stabile, fiind utilizate ca elemente de memorare pentru circuitele mai complexe, ajutând la memorarea stărilor interne ale acestora.

Un CBB este prevăzut cu două sau mai mult intrări și două ieșiri, care sunt complementare una față de cealaltă care funcționează ca o memorie de 1 bit. Stările bistabilului se schimbă la fiecare apariție a unui impuls, numit impuls de tact.

În funcție de intările pe care le are un CBB, se regăsesc:

CBB Asincrone – sunt acele CBB-uri care au doar două intrări de date, nefiind prevăzute cu intrare de tact, la care semnalele de ieșire sunt determinate doar de combinațiile de la intrare.

CBB Sincrone – aceste tipuri de CBB prezintă pe lânga cele două intrări de date și o a treia intrare, numită intrare de tact, care determină momentul când ieșirile bistabilului se modifică.

În funcție de modul de comandă și stările disponibile CBB pot fi:

R-S

J-K

D (data, delay)

T (time)

1.3.1.1. CBB de tip R-S

Pentru a deduce schema circuitului putem gândi o problemă în care avem de realizat un circuit care să poată memora un bit de informație, având în același timp posibilitatea de a înscrie sau de a șterge această informație în și din celulă. Un astfel de circuit de memorare, va avea două intrări S (set) și R(reset) și două ieșiri Q și Ǭ.

Funcționarea circuitului va arăta astfel:

– în lipsa unor comenzi pe intrări (S=0 și R=0) ieșirile iși vor păstra forma inițiala (Q=Qn+1);

– pentru scrierea unei informații (S=1 și R=0) circuitul va scoate la ieșirea Q valoarea 1;

– pentru a șterge o informație (S=0 și R=1) , ieșirea circuitului va arăta Qn+1=1);

– nu are relevanță acțiunea simultană de scriere și ștergere a unei informații (S=1 și R=1), această comandă fiind una interzisă.

Fig 1.16 : a) Schema bistabil R-S asincron cu porți SAU-NU; b) Tabel de adevăr

1.3.1.2. CBB de tip J-K

Unul dintre cele mai cunoscute bistabile, este cel J-K. Acesta vine să remedieze „eroarea” apărută la bistabilul R-S, aceea de înscriere și ștergere de informație în același timp (comanda R=1 S=1). Aceasta se remediază prin realizarea unui automat cu două intrări (J – înscriere și K – ștergere) având ca și element de memorare un latch cu ceas/ bistabil, care pe lângă comenzile cunoscute (00,01,10) să aibă și comanda 11 pentru care să basculeze în starea opusă.

Fig 1.17 : a) Schema unui CBB J-K; b) Tabel de adevăr

1.3.1.3. CBB de tip D (delay/date)

Acest tip de bistabil, se poate obține ușor dintr-un bistabil de tip R-S, căruia i se forțează ideea ca datele de intrare să îndeplinească condiția R`= S. Acest lucru se face prin conectarea unui inversor pe intrarea R. Schema generală a funcționării și tabelul de adevăr a unui astfel de circuit, sunt prezentate în figurile de mai jos.

Fig 1.18 : a) Schema unui CBB de tip D; b) Tabel de adevăr

1.3.1.4. CBB de tip T (time/toggle)

Prin conectarea împreună a celor două intrări ale unui bistabil JK, nu printr-un inversor ca și în cazul bistbilului D, ci direct, va rezulta bistabilul de tip T. O caracteristică specifică acestui tip de bistabile o constituie faptul că pentru T (perioada) = 1 , celula divide cu doi. Divizarea trebuie înțeleasă în sensul că la două impulsui de tact, aplicate la intrare, apare o singură comutație din 1 în 0, pe ieșirea Q. Această proprietate remarcabilă a bistabilulu T se utilizează la realizarea numărătoarelor.

Fig 1.19 : a) CBB de tip T (toggle); b) Tabel de adevăr

1.3.2. Registre

Pentru operații aritmetice, la nivelul unui bit, circuitul care are rolul să îndeplinească anumite operații, este circuitul basculant bistabil. Trecând însă la un nivel mai înalt, la nivel de cuvânt (definit ca și o înșiruire de „n” biți), funcțiile de operare sunt îndeplinite de circuite formate dintr-o înșiruire de „n” circuite bistabil, circuite numite circuit registre, sau simplu, registre.

Registrele, uitându-ne la funcția pe care acestea o au de îndeplinit,se clasifică în:

– registre de memorare;

– registre de deplasare;

– registre combinate;

– registre universale.

Dacă avem în vedere modul prin care se pot transmite datele, serie sau paralel, cât și modul de primire al lor, tot serie sau paralel, putem face o altă clasificare a registrelor, astfel:

– registre cu intrare serie – ieșire serie (SISO-serial in,serial out);

– registre cu intrare serie – ieșire paralel (SIPO-serial in,paralel out);

– registre cu intrare paralel – ieșire serie (PISO-paralel in,serial out);

– registre cu intrare paralel – ieșire paralel (PIPO-paralel in,paralel out).

1.3.2.1. Registrul SISO

Registrul SISO (serial in, serial out) face ca transferul datelor de la intrare (Data In) să se „mute” cu câte o căsuță (registru) înspre dreapta, la fiecare bătaie de tact al ceasului (Clock pulses). Figura alăturată reprezintă schema de funcționare al unui astfel de registru, format de această dată din 4 bistabile de tip D.

Fig 1.20 : Schema bloc al unui registru SISO

1.3.2.2. Registrul SIPO

Un circuit SIPO (serial in, paralel out) execută practic același tip de transfer de informație, doar că datele de la ieșire sunt „scoase” din registru printr-un mod paralel, nu serial. Modul de funcționare, este acela că biții sunt introduși in registru unul câte unul, iar la „umplerea” registrului aceștia sunt „eliminați” simultan din registru. Pentru exemplificare am ales figura alăturată.

Fig 1.21 : Schema bloc al unui registru SIPO

1.3.2.3. Registrul PISO

Înformația introdusă în registrele de tipul PISO (paralel in, serial out) se face în mod paralel, adică biții sunt introdusi în registru în același timp (paralel in), și la fiecare bataie de ceas (clock pulse) aceștia sunt scoși afară unul câte unul (serial out).

Fig. 1.22 : Schema bloc al unui registru PISO

1.3.2.4. Registrul PIPO

Paralel in, paralel out, vine de la faptul că biții sunt introduși simultan în registru și sunt scoși tot la fel, din registru. Timpul la care aceștia sunt afișati este dat de

tactul ceasului (clocl pulses). În figura alăturată este prezentată succint modul de funcționare al registrilor de acest tip.

Fig 1.23 : Schema bloc al unui registru PIPO

1.3.3. Numărătoare

Numărătoarele sunt circuite logice secvențiale care se folosesc la contorizarea (numărarea și memorarea) impulsurilor care se aplică la intările acestora. Circuitele de numărare nu intări de date, contorizarea se face, după o anumită regulă, într-o ordine data de construcția fiecărui numărător, la fiecare semnal de tact aplicat.

Ca și echipamente necesare creerii unui numărător enumerăm circuitele basculante bistabile (care stabilesc numărul de cicluri de numărare) și porți logice (care stabilesc modul în care numărătorul iși schimbă stările în procesul de numărare). Numărul maxim de stări posibile pe care un numărător le poate avea este Nmax , care este dat de numărul de bistabile din care este format circuitul, adică Nmax = 2n (reprezentând numărător modulo 2n).

După modul în care își modifică conținutul, numărătoarele pot fi:

– numărătoare directe caracterizate prin faptul că fiecare impuls al tactului, aplicat la intrare crește valoarea conținutului numărătorului cu o unitate (numără în sens crescător);

– numărătoare inverse , fiecare impuls aplicat la intrare, scade conținutul numărătorului cu o unitate (numără în sens descrescător);

– numărătoare reversibile au posibilitatea de a număra în ambele sensuri în funcție de comanda pe care o primesc din exterior.

În funcție de modul lor de funcționare, numărătoarele se împart în:

– numărătoare sincrone – bistabilele care compun numărătorul sunt conectate în paralel, iar intrările de clock a tuturor bistabilelor sunt conectate împreună, ceea ce duce la concluzia că bascularea tuturor bistabilelor se face în același timp;

– numărătoare asincrone – circuitele basculante vin conectate în serie, astfel că intrarea de tact/clock, începând de la cel de-al doilea bistabil, este conectată la ieșirea bistabilul anterior, altfel spus bascularea bistabilului se face numai după bascularea bistabilului anterior.

Pentru a înțelege mai bine modul de funcționare al numărătoarelor, am ales un numărător asincron (bascularea se face doar după bascularea bistabilului precedent), format din 4 bistabile (ieșirile fiecărui bistabil sunt notate cu Q0,Q1,Q2,Q3).

Funcția de basculare se realizează pe panta descendentă a tactului (bistabilul 2, trece din 0 în 1 logic sau din 1 în 0 logic, doar după ce bistabilul 1 a trecut dom 1 logic în 0 logic). La fel se procedează și cu bistabilele următoare: CBB2 (Q2) basculează, doar când Q1 a trecut din 1 în 0 logic, ș.a.m.d.

Fig 1.24 : Modul de comutare al numărătoarelor

1.4. Convertoare electronice

1.4.1. Convertoare Analog-Digital

Lumea înconșurătoare este în esența ei construită din semnale analogice: lumină, căldură, sunet, tensiune, curent, ș.a. În practică pentru a afla valoarea unui astfel de semnal, avem nevoie de o convertire a lui, într-un număr. Aceasta operație este posibilă cu ajutorul convertoarelor Analog-Digitale/Numerice (ADC).

Un ADC este un circuit care are funcția de a converti o tensiune analogică de la intrarea circuitului, într-o valoare digitală, afișată ulterior la ieșire. Acest lucru se poate realiza prin diferite metode, unele din cele mai cunoscute ar fi: prin codul binar (0 și 1), codul Gray sau cod complement al lui doi.

O caracteristică a unor astfel de echipamente electronice, o costituie rezoluția aparatului. Aceasta constituie numărul de valori discrete pe care convertorul le poate oferi la ieșirea sa în intervalul de timp. Cu cât rezoluția ADC-ului este mai mare, cu atât se poate face o reconstituire digitală mai bună a semnalului analogic măsurat. Alături se poate vedea modul cum lucrează un convertor analog-digital.

Fig 1.25: Modul de eșantionare a unui semnal analogic

De exemplu, dacă convertorul are o rezoluție de 10 biți, numărul de eșantioane pe care acesta le poate oferi la ieșire este de 2^10 = 1024 eșantioane. Dacă semnalul de intrare, este un semnal de 0-5 V, rezoluția convertorului se calculează 5 V / 1024 = 0,005 V (5mV/eșantion).

1.4.2. Convertor Digital-Analogic

Convertoarele digital – analogice (numerice) sunt circuite electronice care transformă mărimi exprimate pe un anumit număr de biți în mărimi continue. Se poate spune că procesul de conversie, la astfel de echipamente, este asemănător cu cel al dispzitivelor care transformă un număr binar într-un număr zecimal. Cu cât semalul digital, este exprimat într-un număr cât mai mare de biți, cu atât va fi mai ușoară posibilitatea de conversie a lui in semnal analogic.

Mai jos este reprezentat un semnal electric, prin cele două moduri , analogic (linia gri) și digital (linia roșie). Putem spune că DAC (digital-to-analog converter) primește la intrare semnalul digitizat (semnal roșu) și oferă la ieșirea o reproducere analogică, cât mai apropiată de realitate (semnal gri).

Fig 1.23 : Conversia digital – analogică a semalelor

1.5. Memorii. CID Programabile

Dacă urmărim evoluția în timp a circuitelor integrate digitale, observăm că pe măsura descoperirilor diferitelor circuite, s-au putut realiza circuite integrate specializate cu grade crescânde de complexitate, de la porțile logice, bistabili, numărătoare, până la echipamente capabile să primească comenzi sau să fie configurate să facă o anumită funcție logică (circuite programabile).

Spunem că un circuit integrat digital se numește programabil, dacă utilizatorul îl poate configura („face”) , prin programare, astfel încât să realizeze o anumită funcție dorită de acesta. Astfel de circuite, sunt distribuite de fabricant, fără nici un fel de comandă internă, aceasta fiind dată de utilizator, în funcție de aplicația pe care urmează să o efectueze.

Există astfel trei mari categorii de circuite integrate digitale programabile:

– circuite cu memorie – echipamente care memorează informația (funcția pe care urmează să o realizeze) nevolatil (ROM, PROM) sau volatil (RAM);

– microprocesoare – realizează diferite funcții prin rularea unui set bine stabilit de instrucțiuni;

– circuite logice programabile (circuite configurabile) – la care programarea funcțiilor logice se face prin utilizarea unor celule de memorie SRAM (a căror conținut furnizează informații legate de funcția care trebuie îndeplinită) sau prin arderea sau nu a unor fuzibile.

Unul dintre cele mai cunoscute echipamente folosite în domeniul circuitelor programabile este PIC-ul (PIC-programmable integrated circuit). Acesta are posibilitatea de a fi înscris cu diferite instrucțiuni pe care să le îndeplinească, odată ce este montat într-un circuit.

CAPITOLUL 2 : LUCRĂRI TIPICE DE LABORATOR PENTRU CID. PRODUCĂTORI DE STANDURI DE LABORATOR.

2.1. Lucrări tipice de laborator la disciplina CID.

În capitolul I, prezentat anterior, s-a pus accentul mai mult pe partea teoretică și pe cunoștiințele teoretice privind lumea digitală, componența acesteia și modul cum aceste echipamente electronice funcționează și interacționează cu lumea reală. Au fost prezentat succint principalele tipuri de circuite integrate digitale, clasificarea lor și o scurtă descriere a fiecărui tip în parte.

Așa cum o vorbă din popor spune „Teoria ca teoria, dar practica ne omoară” , în acest al doilea capitol al lucrării de licență am ales să vorbesc puțin despre studiul practic al circuitelor digitale și modelul fizic al acestor echipamente. Spre exemplificare am ales să fac o scurtă prezentare a câtorva lucrări practice de laborator, lucrări care nu se fac doar la Universitatea „1 Decembrie 1918” , ci sunt lucrări standart pe plan mondial.

Ca și o clasificare ale acestor lucrări pot să menționez următoarele:

– Studiul porților logice elementare;

– Codificatoare și decofidicatoare;

– Multiplexoare și demultiplexoare;

– Detectorul și generatorul de paritate;

– Sumatorul și unitatea logică aritmetică

– Circuitele basculante bistabile

– Numărătoare

– Registre de deplasare

În laboratoarele de electronică din lumea întreagă nu are cum să lipsească standurile de circuite digitale. Aceste produse sunt destinate efectuării de lucrări de laborator de către elevii care studiză electronica digitală. Sunt construite din platforme de laborator ce conțin, la vedere, componentele necesare unei sau mai multor lucrări tipice (de exemplu, circuite logice combinaționale – multiplexoare, demultiplexoare, codificatoare, decodificatoare sau circuite logice scvențiale – registre de deplasare, numărătoare, bistabili).

Astfel de standuri de laborator sunt proiectate pentru a îndeplinii următoarele cerințe:

– să răspundă nevoilor de instruire practică în laborator rezultate din programele scolare;

– să ofere studenților și profesorilor posibilitatea de a-și manifesta creativitatea;

– să ofere studenților posibilitatea de a efectua cât mai multe operații specifice: măsurarea de parametrii, identificarea componentelor, construirea de circuite electronice.

Astfel de standuri de laborator permit studiul diferitelor categorii de circuite integrate digitale. Clasificarea lor a fost făcută în capitolul anterior și tocmai din acest motiv, am considerat că ar fi bine să prezint în continuare diferite tipuri de lucrări de laborator prezente pe standurile din importantele universități din țară, dar și din afară.

Stand de laborator pentru studiul circiuitelor logice simple. Modulul este prezent în Universitatea Tehnică Cluj-Napoca și conține lucrări cum ar fi ciruitele basculante bistabile, monostabil și bistabil, realizate cu componente discrete conectate prin cablaj între ele. Modulul este prevăzut cu sursă proprie de alimentare, masă GND, leduri de semnalizare a stărilor bistabililor.

Fig 2.1. Stand laborator1

Alt stand prezent tot la UTC Cluj, este cel pentru studiul funcționării circuitelor de tip registre, numărătoare, multiplexoare, demultiplexoare, codificatoare, decodificatoare. Conțin socluri cu 14, 16 sau 24 terminale, pentru diferite circuite integrate, afișoare cu o cifră cu 7 segmente, LED-uri pentru afișarea stărilor logice de intrare și ieșire.

Fig 2.2. Stand laborator2

Figura alăturată reprezintă un stand de laborator folosit în Massachusetts Institute of Technology (MIT) din USA. Placa este dotată cu circuite integrare, puncte de conexiune și afișoare, necesare pentru studiul porților logice,bistabililor, codificatoarelor și decodificatoarelor, numărătoarelor. Standul este prevăzut și cu o placă de teste (breadboard), sursă de alimentare, GND, selector al intrărilor, etc.

Fig 2.3. Stand laborator3

În cadrul universității în care studiez, laboratoarele de electronică, pentru partea de electronica digitală, sunt dotate cu standuri de laborator precum COM3LAB sau DeLorenzo. O astfel de placă (de la Com3Lab) este dotată, pentru studiu și aprofundare, cu circuite specifice electronici digitale, cum ar fi porțile logice, codificatoare, decodificatoare, multiplexoare, demultiplexoare, bistabili, așa cum se poate observa în imaginea alăturată. Plăcile de la DeLorenzo, pot spune că se deosebesc de cele de la Com3Lab, doar prin culoarea plăcii pe care sunt montate circuitele. Lucrările de laborator fiind aproape aceleași, apar vedem studiul multiplexoarelor/ demultiplexoarelor, codificatoarelor, registrelor, numărătoarelor. Este foarte bine conturată prezența circuitelor integrate, a intrărilor și ieșirilor, dar și a conexunile de pe circuit (aflate pe spatele plăcilor).

Fig 2.4. a) Stand lab. Com3Lab; b) Stand lab. DeLorenzo

2.2. Producători de standuri de labotrator pentru studiul CID

În acest subcapitol, am ales sa vorbesc puțin despre firmele de pe plan mondial, dar și romanesc, care produc la ora actuală standuri de laborator și echipamente necesare studiului circuitelor digitale. Universitatea „1 Decembrie 1918” din Alba Iulia, este dotată cu aparatură de ultimă generație, iar printre firmele a căror echipamente electrice și electronice se găsesc în laboratoarele universității enumerăm firme precum DeLorenzo (Italia), Com3Lab(Germania), Texas Instruments(SUA), TME(Polonia), ș.a.

În decursul semestrului în care am studiat Circuitele Integrate Digitale, anul II de studiul, semestrul al II-lea, platformele și standurile de la laborator au fost produse de către firmele DeLorenzo și Com3Lab, tocmai de aceea aș vrea să fac o descriere succintă a acestor două firme producătoare de echipamente electronice.

2.2.1. Firma DeLorenzo (Italia)

De Lorenzo SpA este lider italian și printre locurile fruntașe din lume în domeniul proiectării, dezvoltării și poducției echipamentelor de pregătire tehnică și profesională în domeniul electronic. Firma are o piață de deschidere dovedită pe plan internațional, reușind prin propriile sucursale sau prin intermediai să distribuie echipamente electronice în majoritatea țărilor din lume.

Fiind o firmă recunoscută pe plan mondial, aceasta nu se rezumă doar la echipamente dintr-un singur domeniul al electronicii, ci are o gamă largă de domenii în care operează. Domenii precum : Ingineria electrica (instalații, mașini, utilaje electrice, laboratoare și ateliere de lucru), electronică de putere, electronica industrială, energie regenerabilă, telecomunicații, domeniul hidraulicii și al pneumaticii și alte discipline tehnice care sunt regăsite în institute tehnice sau sunt studiate în universități din toată lumea.

În cele ce urmează aș dori să prezint câteva imagini care să sugereze felul în care sunt dotate atelierele de cercetare din diferitele lor domenii de activitate.

Fig 2.5. Birou cercetare firma DeLorenzo

Poza de mai sus reflectă modul în care este alcătuit un stand de cercetare din domeniul energiei regenerabile și al panourilor solare. Este dotat, după cum se poate observa ușor, cu un panou solar mobil și unul fix, aparatură de măsurat diverși parametrii și un panou de comandă dotat cu echipamente folosite la diverse acțiuni asupra panourilor solare.

Fig 2.6. Birou cercetare firma DeLorenzo

O altă poză din laboratoarele de studiu și cercetare ale firmel De Lorenzo arată cum se face simularea funcționării unui motor auto. Standul este prevăzut cu aparate specifice pentru măsurarea valorilor parametrilor motorului, pauri de comandă pentru simularea diverselor probleme care ar putea apărea la motorul automobilului.

Fig 2.7. Module educaționale firma DeLorenzo

În felul acesta apare un modul (o placă) al celor de la De Lorenzo, pentru studiul circuitelor digitale. Aceasta se montează prin intermediul unor conector pe un stand de laborator pe care se operează cu o mare ușurință lucrările de laborator aferente. Placa este dotată cu sursă de alimentare (buton ON/OFF), locații specifice intrărilor și ieșirilor (Input/Output), LED-uri de semnalizare, afișoare, puncte de conexiune.

2.2.2. Firma Com3Lab (LD DIDACTIC GROUP)

A doua firmă a căror componente și echipamente apar în dotarea laboratoarelor universității unde studiez, este firma Com3Lab. Altfel spus Com3Lab este un departament dedicat cercetări, studiului, educației și formării profesionale în domeniul electronicii și telecomunicațiilor, al companiei LD DIDACTIC GROUP. Compania are sediul central în Germania, în localitatea Hurth. Dovedind de-a lungul anilor, prin munca angajașilor companiei, că sunt o firmă serioasă și bine pusă la punct în domeniul educației și cercetării, a ajuns ca să aibă o piață de desfacere în cele mai importante țări ale Europei și chiar și în SUA.

LD DIDACTIC furnizează echipament tehnic pentru pregătirea profesională în colegii profesionale, camere de industrie și comerț și pentru instituții universitare de învățământ din domenii precum electronica și telecomunicații, automatizări și calculatoare, industria energiei regenerabile și în vasta inginerie auto.

Imaginile următoare ilustrează modul în care arată echipamentele dedicate studiului și cercetării ale firmei Com3Lab.

Felul cum sunt dotate laboratoarele și standurile de cercetare, ale firmei Com3Lab nu diferă cum mult nici ele de ale celor de la De Lorenzo. Se pot observa asemănările privind partea de comandă, sunt prezente de asemenea echipamente de monitorizare al parametrilor doriți. În figură ne este prezentat modul de transfer al datelor prin intermediul wireless.

Fig. 2.8. Stand de cercetare al firmei Com3Lab

Modul de construcție al echipamentelor Com3Lab nu diferă cu mult de cel al celor de la De Lorenzo, poate doar prin faptul că cei de la Com3Lab au în dotare o cutie pe care se află echipamentele de control, iar circuitele propriu-zise pe care se fac cercetările se află pe plăci separate, fiecare specifică cu domeniul ei de cercetare, iar conexiunea dintre placă și stand se face prin intermediul unor conectori. Culoarea verde a plăcilor este de asemenea specifică firmei Com3Lab.

Fig 2.9. Modul educațional Com3Lab

Pe partea studiului circuitelor integrate digitale, la fel plăcile cam seamănă cu ale firmei italiene. Se poate observa compoziția plăcii, a swich-urilor de comanda și control, afișoarelor, a circuitelor integrate care realizează funcția respectivă și a locurilor unde prin intermediul firelor conectoare, se face legătua circuitelor.

Fig 2.11. Modul educațional Com3Lab

CAPITOLUL 3 : INTERPRETARE PERSONALĂ

În acest capitol se va descrie lucrarea practică pe care am realizat-o în vederea susținerii lucrării de licență. Lucrarea intitulată „Stand de laborator pentru disciplina CID” are în componența ei trei părți : prima parte constă într-o prezentare generală a tot ceea ce înseamnă circuitele logice digitale și lumea digitală; în cea de-a doua parte am tratat felul cum se realizează standurile de laborator pentru CID, producători, modele, studiul comparativ al două firme producătoare, iar in cea de-a treia este compusă din procesul pe care l-am urmat în realizarea lucrării de licență.

3.1. Interfețe de realizare a PCB-urilor

În cadrul universității „1 Decembrie 1918” Alba Iulia, pe partea de laborator, am avut de-a face la un moment dat și cu simulări de funcționare ale circuitelor, proiectări ale acestora, domeniu fără de care nu te poți numi inginer electronist. Pentru aceste acțiuni există o gamă largă de softuri pe PC, care exact treaba asta o fac. Dintre toate cele mai la îndemână mi s-a parut CadSoft EAGLE PCB Design Software ( http://www.cadsoftusa.com/ ) – pentru partea de realizare de PCB-uri.

Fig 3.1. Interfata program EAGLE 6.2.0

Pentru partea de testare și simulare am mers pe mâna unui soft produs de National Instruments, numit NI Multisim ( http://www.ni.com/multisim/ ).

Fig 3.2. Interfata program Multisim 11.0

3.1.1. CadSoft EAGLE PCB Design Software

Prescurtat „EAGLE”, softul mi-a fost folositor în realizarea plăcilor de PCB pe care se află circuitele. Fiind un program ușor de folosit, practic prin vizualizarea câtorva tutoriale pe youtube am reușit să înțeleg modul cum acesta lucrează, am decis să îl folosesc și eu. Interfața de lucru este una ușor de înțeles, fiind destul de sugestivă la o primă privire.

În partea stângă se oferă grila de control, cu diferite comenzi rapide cum ar fi move, copy, delete, add, replace, rotate, mirror, name, value, etc.

Fig 3.3. Bara de unelte EAGLE

Comanda Add oferă posibilitatea utilizatorului să adauge diverse componente necesare realizării circuitului, softul având o gama foarte largă de librării de unde poți alege componenta potrivită.

Fig 3.4. Interfata de realizare a schemei in EAGLE

Odată terminată partea de realizare schematică a circuitului electric, prin apăsarea unui buton Board , se trece la următoarea etapă, adică la dispunerea componentelor pe placă.

Fig 3.5. Interfata de layout in EAGLE

Această etapă constă în modul de organizare al componentelor electronice pe placa de PCB. După finalizarea părții de schematic, totalitatea componentelor, interconectate intre ele, vor apărea în partea stânga jos din imaginea de mai sus, iar de acolo prin funcția Move v-or fi predispuse în chenarul alb, acesta reprezentând placa de PCB.

Etapele care urmează în realizarea părții practice a lucrării de licență le voi prezenta pentru fiecare circuit în parte, la momentele potrivite, când voi prezenta traseul până la realizare a fiecărui circuit.

3.1.2. NI Multisim

Înainte de realizarea placuțelor de PCB și a implementarea circuitelor pe aceste plăci, am făcut o simulare a acestora. Pentru aceste simușări ale circuitelor, am ales să folosesc softul produs de firma National Instruments, numit Multisim, versiunea folosită fiind 11.0. La fel cum EAGLE mi s-a părut un soft ușor de folosit și la îndemână pentru partea de proiectare, la fel și Multisim 11.0 mi s-a părut acceptabil pentru partea de simulare a circuitelor.

Fig 3.6. Bara de unelte Multisim 11.0

Grila de comenzi este accesibilă pentru orice utilizator, funcționarea butoanelor fiind ușor de intuit. Selectarea componentelor necesare reproducerii funcționării circuitelor este una ușoara, softul dispunând de o gamă largă de componente, iar unele dintre ele chiar au specificate și datele de catalog.

Fig 3.7. Selectarea componentelor folosite in simulare

O funcție pentru care NI Multisim este apreciat și de către mine și de către diverși utilizatori din întreaga lume, este aceea de simulare (în condiții ideale) a circuitelor electronice.

Fig 3.11. Bara de control a simularii in Multisim 11.0

Butonul Play face ca circuitul sa funcționeze în condițiile reale. Se poate face oricând o Pauză din rulare, sau oprire prin butonul Stop, pentru o ulterioară modificare de componente.

Fig 3.12. Simularea unei scheme electrice

În felul acesta arată produsul final în simularea unui circuit electronic, în figura de mai sus putându-se observa simularea unui decodificator BCD-7 Segmente, realizat cu un CI BD4511.

3.2. Stand de laborator pentru CLC

Așa cum sa menționat în motivarea lucrării de diplomă, partea practică constă în realizarea a două standuri de laborator care să acopere cele mai importante părți din electronica digitală, circuitele logice combinaționale și circuitele logice secvențiale.

În cele ce urmează se va face o scurtă prezentare a acestor două standuri, accentul punându-se pe prezentarea schemei electrice, simularea circuitului, proiectare cablaj și în cele din urmă testarea bunei funcționări.

3.2.1. Multiplexoare

Cum prezentarea detaliată a modului de funcționare al multiplexoarelor s-a făcut în capitolul I, unde s-a relatat despre rolul acestora, modul de funcționare și clasificare, în subcapitolul 3.2.1 se vor face comentarii privind circuitul și schema electrică folosite în lucrarea de diplomă.

Sursa de proveniență a schemei din figura 3.10, http://meteo.ieec.uned.es/www_Usumeteog/comp_comb_multiplexores.html .

Ca punct principal de pornire în realizarea unui circuit de multiplexare, se pornește de la circuitele integrate care realizează această funcție. Am folosit circuitul SN74LS151N, multiplexor 8 la 1, circuit integrat cu 16 pini, de tip THT, încapsulat, al cărui configurare a pinilor este prezentată în figura 3.11, tabelul de funcționare fiind descris în figura 3.12.