Układy cyfrowe - Multimedia Logic

Program do pobrania z załącznika.

Układy kombinacyjne - Suma iloczynów

Układy kombinacyjne charakteryzują się brakiem pamięci. Posiadają one pewną liczbę wejść i jedno wyjście. Stan wyjścia jest określony tabelą prawdy i zależy wyłącznie od bieżącego stanu wejść.
W zależności od postaci tabeli prawdy stosowane są dwa podejścia do projektowania układów kombinacyjnych.
Pierwsza metoda nazywana sumą iloczynów (SOP, ang. Sum of Products) jest wydajna w przypadku, gdy projektowany układ przyjmuje wartość jeden dla niewielkiej liczby przypadków.

Suma Iloczynów: https://www.electricaltechnology.org/2018/05/sum-of-product-sop-product-of-sum-pos.html

Układy kombinacyjne - Iloczyn Sum Druga metoda nazwa się iloczynem sum (POS, ang. Product of Sums) i ma zastosowanie jeśli projektowany układ przyjmuje wartość jeden w przeważającej liczbie przypadków.

Układ sprawdzający działanie licznika.

Układ sprawdzający działanie zegara.

Zegar generuje impulsy prostokątne z określoną częstotliwością. Okienko właściwości elementu umożliwia nam ustalenie częstotliwości generowanych impulsów. Zegar posiada jedno wyjście oraz jedno wejście. Wejście zegara oznaczone R (z ang. Reset) służy do ponownej inicjacji. Podanie sygnału 1 na wejściu R powoduje rozpoczęcie odmierzania czasu od nowa. Jeżeli nie wykorzystujemy tej możliwości elementu, to na wejście R należy podać sygnał 0 (elementy Ground oraz Plus to stałe sygnały o wartościach 0 oraz 1 odpowiednio).

Licznik służy do zliczania impulsów. Element posiada trzy wejścia: wejście zliczanych sygnałów Cl (z ang. Clock), wejście określające czy licznik zwiększa swoją wartość wraz z każdym impulsem czy zmniejsza D (z ang. Direction) oraz wejście służące do zerowania licznika R (z ang. Reset). Element ten posiada wyjścia 0-3 określające bieżącą wartość licznika oraz wyjście C (z ang. Carry) określające przeniesienie. Wyjście C generuje impuls 1 w przypadku, gdy licznik przechodzi z największej wartości na zero (z 15 na 0 dla licznika czterobitowego; z 255 na 0 dla licznika ośmiobitowego) lub przy przejściu z zera na wartość największą. Wyjście C umożliwia kaskadowe łączenie liczników w celu osiągnięcia licznika np. 32 bitowego. Właściwości elementu umożliwiają wybór licznika cztero lub ośmiobitowego oraz ustalenie początkowej wartości licznika.

Ośmiosegmentowy wyświetlacz LED posiada dwa tryby pracy ustalane oknem dialogowym właściwości. W pierwszym trybie element ten ma 5 wejść: cztery z nich określają wartość binarną wyświetlanej liczby piąty powoduje zapalenie kropki. W drugim trybie pracy element ma osiem wejść zapalających poszczególne segmenty.
Działanie licznika, zegara oraz siedmiosegmentowego wyświetlacza LED badają układy przedstawione na rysunkach 14 oraz 15.

Sterowniki silników krokowych

Silniki krokowe jednofazowe o czterech cewkach sterujemy sekwencją sygnałów włączających przepływ prądu poprzez uzwojenia. Jeśli stan kolejnych uzwojeń oznaczymy cyframi 0 (prąd nie płynie przez dane uzwojenie) oraz 1 (prąd płynie przez dane uzwojenie), wówczas sterowanie silnika wymaga generowania następujących sekwencji sygnałów:
...
0001
0010
0100
1000
0001
...

Obroty w przeciwnym kierunku powoduje sekwencja

...
1000
0100
0010
0001
1000
...

Element Keypad pozwala w łatwy sposób generować sygnały czterobitowe. Naciśnięcie jednego z klawiszy powoduje, że wyjścia elementu keypad przyjmą stan, który będzie reprezentował binarną wartość naciśniętej cyfry szesnastkowej. Jeśli naciśniemy klawisz 3 wówczas bity wyjściowe keypada przyjmą wartości 0011 (od bitu najbardziej znaczącego o numerze 3 do bitu najmniej znaczącego o numerze 0). Jeśli naciśniemy klawisz E wówczas wartości wyjść będą równe 1110. Każdorazowe naciśnięcie klawisza na keypadzie generuje impuls na wyjściu E.

Sterownik silnika krokowego przedstawiony w poprzednim punkcie wymagał zmiany sygnału binarnego przedstawionego na dwóch bitach na sygnał czterobitowy, w którym dokładnie jeden z bitów jest w danej chwili ustawiony (tj. przyjmuje wartość jeden). Do realizacji takiej funkcji służy element demultiplexer nazywany również dekoderem. W programie MultimediaLogic element Mux może pełnić funkcję multipleksera lub demultipleksera. Właściwości elementu Mux pozwalają mu na pracę w roli

• multipleksera z 8 do 1
• multipleksera z 4 do 1
• multipleksera z 2 do 1
• demultipleksera (dekodera) 3 do 8
• demultipleksera (dekodera) 2 do 4
• demultipleksera (dekodera) 1 do 2

Układ sprawdzający działanie demultiplexera 3 do 8

Wykorzystując demultiplekser możemy uprościć sterownik silnika krokowego umieszczając w miejsce sześciu bramek jeden multiplekser. Ponieważ wyjścia demultiplexera są zanegowane musimy posłużyć się bramkami NOT. Rysunek przedstawia sterownik silnika krokowego wykorzystujący demultiplexer. Dodanie do sterownika zegara impulsów umożliwia wykonywanie szybszych obrotów silnika.

Sterownik pracy silnika krokowego wykorzystujący demultiplexer.

Sterownik pracy silnika krokowego wykorzystujący zegar i demultiplexer

Gwiazdka: podział większych projektów na fragmenty

Zaprojektujemy układ logiczny sterujący diodami. Kolejne "pierścienie" diod chcemy zapalać od środka na zewnątrz. Układ taki często spotykamy w różnych gotowych kitach przeznaczonych na przykład do wykonania gwiazdki na choinkę.
Układ podzielimy na dwie części: część sterującą, która będzie generowała odpowiednie sygnały logiczne oraz część zawierającą diody. Do podziału projektu na oddzielne fragmenty służą elementy Signal sender oraz Signal receiver dostępne na palecie komponentów. Okno właściwości tych elementów zawiera napis identyfikujący dany element. Nadajnik sygnału oznaczony napisem "pierwszy" będzie wysyłał sygnał odbierany przez odbiornik o nazwie "pierwszy". Nadajnik i odbiornik możemy umieścić na osobnych stronach projektu.

Kolejne strony projektu wyświetlimy korzystając z opcji View → Next page oraz View → Previous page. Elementy nadajnik i odbiornik o tej samej nazwie stanowią mostek i umożliwiają przekazywanie sygnałów na inne strony projektu. Rysunek 21 z załącznika przedstawia diody ułożone w kształcie krzyża. Diody są sterowane sygnałami wychodzącymi z odbiorników 1, 2, 3 oraz 4.
Układ sterujący miganiem diod wykorzystuje poznane już elementy: zegar, licznik demultiplexer (tym razem w wersji 3 do 8), uziemienie, pięć bramek NOT oraz trzy bramki OR jest przedstawiony na rysunku 22 z załącznika . Stanowi on drugą stronę projektu.