Electronica digitala

  • Published on
    29-Jun-2015

  • View
    440

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

<p>OVIDIU SPTARI</p> <p>MANUALULABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALASCURT SINTEZ</p> <p> ULBS 2003</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>CUPRINSSistemul de numeraie zecimal Sistemul de numeraie binar Sistemul de numeraie octal Sistemul de numeraie hexazecimal Exemple de conversii de cod Adunarea i scderea numerelor nezecimale Reprezentarea numerelor negative Inmulirea i mprirea in binar Codarea binar a numerelor zecimale Probleme si aplicatii pag.1 pag.1 pag.1 pag.2 pag.2 pag.3 pag.4 pag.4 pag.5 pag.5 pag.6 pag.6 pag.6 pag.7 pag.7 pag.7 pag.8 pag.8 pag.8 pag.9 pag.9 pag.10 pag.12 pag.14 pag.14 pag.15 pag.15 pag.16 pag.17 pag.18 pag.19 pag.19 pag.20 pag.20 pag.21 pag.22 pag.23 pag.28 pag.34 pag.45 pag.48 pag.58 pag.67 pag.68</p> <p>CAP.1 SISTEME DE NUMERATIE.CODURI1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10.</p> <p>CAP.2 FAMILII DE CIRCUITE LOGICE2.1. POARTA D.T.L. (Diod-Tranzistor-Logic) 2.2. POARTA T.T.L. STANDARD SI-NU 2.3. POARTA E.C.L. (structura de baza 2.4. POARTA TTL- TSL ((Three-State-Logic-structura de baza) 2.5. POARTA TTL DE PUTERE CU COLECTOR IN GOL (OPEN-COLECTOR) 2.6 POARTA IIL (INTEGRATED-INJECTION-LOGIC) STRUCTURA SAU-SAU-NU 2.7 INVERSORUL CMOS (complementary-MOS) 2.8 INTERCONECTAREA TTL-CMOS i CMOS-TTL 2.9 REGULI DE LEGARE A INTRRILOR TTL NEUTILIZATE</p> <p>CAP.3 CIRCUITE LOGICE COMBINATIONALE3.1. TEOREMELE SI AXIOMELE ALGEBREI BOOLEENE. 3.2. CIRCUITE LOGICE COMBINAIONALE. DEFINIII. 3.3. REPREZENTARI ALE FUNCTIILOR DE TRANSFER. 3.4. MINIMIZAREA FUNCTIILOR DE TRANSFER UTILIZAND DIAGRAMA KARNAUGH. 3.5. SINTEZA CU PORI SI-NU A FUNCILOR DE TRANSFER. 3.6. SINTEZA CU PORI SAU-NU A FUNCILOR DE TRANSFER. 3.7 CIRCUITE LOGICE COMBINATIONALE INTEGRATE CIRCUITUL CODIFICATOR/DECODIFICATOR. CIRCUITUL MULTIPLEXOR I DEMULTIPLEXOR. IMPLEMENTAREA FUNCILOR LOGICE UTILIZND MULTIPLEXOARE CIRCUITUL SUMATOR. GENERATORUL/DETECTOR DE PARITATE PARA SI IMPARA COMPARATOARE NUMERICE 3.8 MEMORII ROM (READ ONLY MEMORY) 3.9. ARII LOGICE PROGRAMABILE (PLA)- structur 3.10. UNITATEA LOGICO-ARITMETIC 74181 3.11. CIRCUITE LOGICE COMBINATIONALE- APLICATII 3.12. DATE DE CATALOG CAP. 4. CIRCUITE LOGICE SECVENTIALE 4.1. CIRCUITE LOGICE SECVENTIALE. GENERALITII I DEFINIII 4.2. SINTEZA AUTOMATELOR SINCRONE SI ASINCRONE. 4.3. CIRCUITE BASCULANTE BISTABILE. 4.4. REGISTRE 4.5. CIRCUITE NUMRTOARE. 4.6. MEMORII RAM. 4.7. CIRCUITE LOGICE SECVENTIALE PROBLEME. 4.8. TESTE DE AUTOEVALUARE.</p> <p>1</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>ELECTRONICA DIGITALACAPITOLUL 1 - SISTEME DE NUMERATIE.CODURI1.1. Sistemul de numeraie zecimal Sistemul de numeraie utilizat cel mai frecvent este sistemul de numeraie poziional. Intr-un asfel de sistem, un numr se reprezint printr-un ir de cifre n care fiecare din poziile cifrelor are o anumit pondere. Valoarea unui numr este suma ponderat a cifrelor sale, de exemplu: 1734=1x1000+7x100+3x10+4x1 Virgula zecimal face posibil utilizarea unor puteri ale lui 10 att pozitive ct i negative: 5185,68=5x1000+1x100+8x10+5x1+6x0,1+8x0,01 In general: un numr N de forma n1n0n-1n-2 are valoarea: N=n1101+n0100+n-110-1+n-210-2 adic : N =i=n</p> <p>d</p> <p>p 1</p> <p>i</p> <p>r i</p> <p>Cifra cea mai din stnga este este cifra de cel mai mare ordin sau cifra cea mai semnificativ (MSB) iar cifra cea mai din dreapta este cifra de cel mai mic ordin sau cifra cea mai puin semnificativ (LSB). 1.2 Sistemul de numeraie binar Baza de numeraie este 2 iar valoarea numrului este: B = Exemple de echivalente zecimale ale numerelor binare: 100112=1x24+0x23+0x22+1x21+1x20=1910 1000102=1x25+0x24+0x23+1x22+1x21+0x20=3410 101,0012=1x22+0x21+1x20+0x2-1+0x2-2+1x2-3=5,12510 Exemplu de transformare binar- zecimal: 179:2=89 rest 1 (LSB) :2= 44 rest 1 :2= 22 rest 0 :2= 11 rest 0 deci: 17910=10110012 :2= 5 rest 1 :2= 2 rest 1 :2= 1 rest 0 :2=0 rest 1 (MSB) 1.3 Sistemul de numeraie octal. Are baza 8. Exemple: Conversie zecimal-octal: - se fac mpriri repetate la 8 i se pstreaz restul. Rezultatul se citete de la ultimul rest spre primul (MSB). 467:8=58 rest 3 (LSB) :8= 7 rest 2 deci: 46710=7238 :2= 0 rest 7 (MSB) Conversie octal - zecimal - pornind de la relaia de reprezentare a numerelor ntr-o baz dat (8) numrul zecimal de obine prin adunarea coeficienilor puterilor lui 8. 12348=1x83+2x82+3x81+4x80=66810 Conversie binar-octal - de la dreapta spre stnga se mparte cuvntul binar n grupe de trei bii, pentru fiecare scriindu-se cifra zecimal de la 0 la 7 corespunztoare 1000110011102=100 011 001 1102 =43168 Conversie octal-binar - fiecrei cifre din cuvntul octal i corespunde o grupare de trei bii n binar. 12348=001 010 011 1002 1i=n p 1</p> <p>b</p> <p>i</p> <p>2 i</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>1.4 Sistemul de numeraie hexazecimal. Are baza 8. Exemple: Conversie zecimal-hexazecimal: - se fac mpriri repetate la 16 i se pstreaz restul. Rezultatul se citete de la ultimul rest spre primul (MSB). 3417:16=213 rest 9 (LSB) :16= 13 rest 5 deci: 341710=D5916 :16= 0 rest 13 (MSB) Conversie hexazecimal - zecimal - pornind de la relaia de reprezentare a numerelor ntr-o baz dat (16) numrul zecimal de obine prin adunarea coeficienilor puterilor lui 16. C0DE16=12x163+0x162+13x161+14x160=4937410 Conversie binar-hexazecimal - de la dreapta spre stnga se mparte cuvntul binar n grupe de patru bii, pentru fiecare scriindu-se cifra zecimal de la 0 la F in hexa corespunztoare. 1000110011102= 1000 1100 1110 = 8CE16 Conversie hexazecimal-binar - fiecrei cifre din cuvntul hexazecimal i corespunde o grupare de patru bii n binar. C0DE16= 1100 0000 1101 11102 1.5 Exemple de conversii de cod. 101110110012=27318=5D916=149710 001010011102=12348=29C16=66810 10,10110010112=010,101 100 101 1002=2,54548 9F,46CH=1001 1111, 0100 0110 11002 1.5.1 Numere binare, zecimale, octale i hexazecimale. ZECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 BINAR 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 OCTAL 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 IR DE 3BITI 000 001 010 011 100 101 110 111 HEXA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F IR DE 4 BITI 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111</p> <p>2</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>1.6 Adunarea i scderea numerelor nezecimale. 1.6.1. Adunarea numerelor binare. - pentru a realiza adunarea a dou numere binare, X i Y, se adun bii cei mai puin semnificativi cu transportul iniial. Se aplic acelai procedeu tuturor biilor pe rnd pornind de la dreapta i adugnd transportul provenit de pe fiecare coloan la suma coloanei urmtoare. X 190+ Y 141 S 331 10111110+ 10001101 101001011 X 170+ Y 85 S 255 10101010+ 01010101 11111111</p> <p>1.6.2. Scderea numerelor binare. - pentru a realiza scaderea a dou numere binare, X i Y, se scad bii cei mai puin semnificativi cu imprumutul iniial. Se aplic acelai procedeu tuturor biilor pe rnd pornind de la dreapta i scznd imprumutul provenit de pe fiecare coloan la diferenta coloanei urmtoare. I 0 11011010 X 21011010010Y 109 01101101 D 101 01100101 I 0 00000000 X 22111011101Y 76 01001100 D 145 10010001 cuvnt de mprumut</p> <p>1.6.3. Adunarea numerelor hexazecimale. X 1 9 B 9H + Y C 7 E 6H S E 1 9 FH X 1 9 11 9 + Y 12 7 14 6 S 14 17 25 15 14 16+1 16+9 15 E 1 9 FH</p> <p>1.6.4. Tabla adunrii i scderii n sistemul binar. X Y Cin sau Bin 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Unde: Cin transport de la rangul inferior Cout transport spre rangul superior Bin mprumut de la rangul superior Bout mprumut spre rangul inferior Cout 0 0 0 1 0 1 1 1 Suma 0 1 1 0 1 0 0 1 Bout 0 1 0 0 1 1 0 1 Diferena 0 1 1 0 1 0 0 1</p> <p>3</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>1.7 Reprezentarea numerelor negative. 1.7.1. Reprezentarea prin bit de semn - numrul apare sub forma unei valori precedate de un semn care arat dac acea valoare este negativ sau pozitiv. Bitul de semn 1 reprezint un numr negativ iar bitul de semn 0 un numr pozitiv. 110101012= - 8510 010101012=+8510 011111112=+12710 111111112= - 12710 1.7.2. Reprezentarea prin complement fa de 2 - se complementeaz bit cu bit numrul pozitiv corespunztor adunndu-se la cel mai puin semnificativ bit valoarea 1. 1710= 000100012 11101110 + 11910= 011101112 10001000 + 1 1 1110111 12= - 1710 1.7.3. Reprezentarea prin complement fa de 1 - se complementeaz bit cu bit numrul pozitiv corespunztor . 100010012= - 11910</p> <p>1710= 000100012 1110111 02= - 1710 11910= 011101112 100010002= - 11910 1.7.4. Adunarea i scderea complementelor fa de 2 - scderea se realizeaz prin adunarea unui numr negativ in complement fa de 2. 3+ 4 7 0011 0100 0111 - 2+ -6 -8 1110 1010 11000 6+ -3 3 0110 1101 10011 4+ -7 -3 0100 1001 1101</p> <p>1.8 Inmulirea i mprirea in binar. - procedur asemntoare cu sistemul zecimal 1.8.1. Inmulirea 11x 13 33+ 11 143 1.8.2. Imprirea 217:11 11 19 107 99 8 1011x 1101 1011+ 0000 1011 1011 10001111 = 14310 11011001: 1011 1011 10011 0101 0000 1010 0000 10100 1011 10011 1011 1000 rest</p> <p>4</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>1.9 Codarea binar a numerelor zecimale. Cifra zecimal BCD (8421) Cu exces de 3 2421 Gray * 0 0000 0011 0000 0000 1 0001 0100 0001 0001 2 0010 0101 0010 0011 3 0011 0110 0011 0010 4 0100 0111 0100 0110 5 0101 1000 1011 0111 6 0110 1001 1100 0101 7 0111 1010 1101 0100 8 1000 1011 1110 1100 9 1001 1100 1111 1101 10 1010 0000 0101 1111 11 1011 0001 0110 1110 12 1100 0010 0111 1010 13 1101 1101 1000 1011 14 1110 1110 1001 1001 15 1111 1111 1010 1000 OBS: Codul Gray are proprietatea de adiacen, adic trecerea de la o secven binar la alta se face prin modificarea unui singur bit in scopul reducerii posibilitii apariiei de erori. Regula de producere este urmtoarea: - bitul cel mai semnificativ al codului Gray este acelai cu bitul cel mai semnificativ al codului binar. - ceilai bii ai codului Gray se produc prin sume repetate modulo2 ai biilor corespunztori din codului binar. Ex.: 0111 (binar) = 0 0+1 1+1 1+1 = 0100 (Gray) 1.10 Probleme si aplicatii 1. Efectuai urmtoarele conversii intre sistemele de numeraie: a) 11010112=?H b) 101101112=?H c) 101101002=?8 d) 10101111002=?8 e) 1740038=?2 f) 67,248=?2 g) AB3DH=?2=?10=?8 h) 9E36,7AH=?2=?10=?8 i) 71588=?2=?10=?H j) 351110=?2=?8=?H k) 432110=?2=?8=?H 2. Fiecare dintre urmtoarele operaii aritmetice este corect n cel puin un sistem de numeraie. Determinai care este baza de numeraie n fiecare caz. a) 1234+5432=6666 b) 33:3=11 c) 302:20=12,1 d) 41:3=13 e) 23+44+14+32=223 f) 3. Efectuai urmtoarele operaii: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) 11010112+101101112=?2 11111112+101111112=?2 10000112+100101012=?2 23058+21158=?8 87958+43158=?8 11011112 -101101112=?2 11010012 - 001111112=?2 23158 - 20138=?8 71158 - 80138=?8 AD59H+FE25H=?H BC35H - AE45H=?H 12310x1210=?2=?H 47310x1410=?2=?H 47310:1410=?2=?H 12310:1210=?2=?H</p> <p>41 = 55</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>CAPITOLUL 2 FAMILII DE CIRCUITE LOGICE2.1. POARTA D.T.L. (Diod-Tranzistor-Logic) SCHEMA</p> <p>TABEL FUNCTIONARE</p> <p>PARAMETRII</p> <p>+ ECC R1 D1M</p> <p>R1C D3 D4 T Y</p> <p>A B</p> <p>A 0 0 1 1</p> <p>B 0 1 0 1</p> <p>D1 cd cd cd bl</p> <p>D2 cd cd cd bl</p> <p>D3 bl bl bl cd</p> <p>D4 bl bl bl cd</p> <p>VM 0,7 0,7 0,7 2,1</p> <p>T bl bl bl cd</p> <p>Y 1 1 1 0</p> <p>+Ecc=+5V</p> <p>D2+ ECC A B = Y AB U0</p> <p>2.2. POARTA T.T.L. STANDARD SI-NU SCHEMAECC + 5V R1 4K T 1A B</p> <p>TABEL FUNCTIONARE A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 T1 cd cd cd bl T2 bl bl bl cd T3 cd cd cd bl T4 bl bl bl cd V0 3,6 3,6 3,6 0,2 Y 1 1 1 0</p> <p>R2 1,6K T 2</p> <p>R4 130 T 3 D3Y A B</p> <p>functia "S I-NU"</p> <p>+ 5VY AB =</p> <p>D1</p> <p>D2</p> <p>R3 1K</p> <p>T 4 V0</p> <p>B</p> <p>B</p> <p>T 1 E1 E2C</p> <p>E1 E2</p> <p>C</p> <p>tranzistor "multiemitor"</p> <p>PARAMETRII +Ecc=+5V Nivele logice: VOH= 2,75V VOL= 0,2V VIH= 25V VIL= 0,4 IIH=0,04mA IIL=1,6mA IOH=0,8mA IOL=16mA Tp= 10ns Pd=10mW/poarta Fan-out=10</p> <p>2.3 POARTA E.C.L. (structura de baza) SCHEMAVCC + 5V V01 T 1 VINPUT R1 1K R2 1K T 2 VREF V01 V02 V02</p> <p>TABEL FUNCTIONARE VIN 0 1 T1 bl cd T2 cd bl V01 1 0 V02 0 1</p> <p>VINPUT VEE -5V</p> <p>PARAMETRII Vcc=GND VEE=-5,2V Nivele logice: VOH= -0,9V VOL= -1,7V VIH= -1,2V VIL= -1,4V fp= 1GHz Pd=25mW/poartaValabil pentru seria ECL10K</p> <p>6</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>2.4 POARTA TTL- TSL ((Three-State-Logic-structura de baza) SCHEMA TABEL FUNCTIONARE ECC + 5V A F=A EN R4 R2 R1 130 1,6K 4K D 1 0 0 1 EN T 3 1 0 0 T A 2 0 1 HZ T 1 D2 1 1 HZ Y T 4 R3 V0 1K</p> <p>PARAMETRII +Ecc=+5V Nivele logice: VOH= 2,75V VOL= 0,2V VIH= 25V VIL= 0,4 IIH=0,04mA IIL=1,6mA IOH=0,8mA IOL=16mA Tp= 10nsPd=10mW/poarta Fan-out=10</p> <p>A EN</p> <p>A</p> <p>2.5 POARTA TTL DE PUTERE CU COLECTOR IN GOL (OPEN-COLECTOR) SCHEMA TABEL FUNCTIONAREECC R1 4KA</p> <p>ECC2 + 30V RC</p> <p>R2 3K T 2</p> <p>+ 5V R4 2K</p> <p>PARAMETRII +Ecc1+5V +Ecc2+30V IOL=50mA Tp= 10ns</p> <p>T 1</p> <p>Y</p> <p>A 0 1</p> <p>T1 cd bl</p> <p>T2 bl cd</p> <p>T3 bl cd</p> <p>T4 cd bl</p> <p>Y 0 1</p> <p>T 4 R3 2K T 3 V0</p> <p>A</p> <p>A</p> <p>2.6 POARTA IIL (INTEGRATED-INJECTION-LOGIC) STRUCTURA SAU-SAU-NU SCHEMA TABEL FUNCTIONARE+ ECC RS A T 1 T 3 RS Y= A+ B 1</p> <p>A 0 0 1</p> <p>B 0 1 0 1</p> <p>T1 BL BL SAT SAT</p> <p>T2 BL SAT BL SAT</p> <p>T3 SAT BL B B</p> <p>Y1 0 1 1 1</p> <p>PARAMETRII +Ecc1+1V VL=00,2V Y2 VH=0,71V</p> <p>1 0 0 0</p> <p>Y= A+ B 2 B T 2 A B Y= A+ B 1 Y= A+ B 2</p> <p>1</p> <p>7</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>2.7 INVERSORUL CMOS (complementary-MOS) SCHEMA</p> <p>TABEL FUNCTIONARE</p> <p>+ VDD S P SP S DP Y S N SN S DN</p> <p>A 0 1</p> <p>TP cd BL</p> <p>TN BL cd</p> <p>Y 1 0</p> <p>PARAMETRII +VDD= 3.15V tP=20120nsNivele de tensiune</p> <p>T P A</p> <p>V0L= 00,05V VOH=VDD - 0,05II =40pA I0=16,8mA</p> <p>T N</p> <p>VIL= 0,3 VDDVIH=0,7 VDD</p> <p>A</p> <p>A</p> <p>2.8 INTERCONECTAREA TTL-CMOS i CMOS-TTL TTL -CMOS</p> <p>CMOS-TTL</p> <p>TL T ECC + 5V R4 130 T 3 D3 T 4T N</p> <p>CMOS+ VDD + 5V</p> <p>CMOS</p> <p>TL T</p> <p>1KT P S P SP S DP</p> <p>+ VDD = + 5VS N SN S DN</p> <p>ECC = + 5V</p> <p>2.9 REGULI DE LEGARE A INTRRILOR TTL NEUTILIZATE 1. Conectare la surs printr-o 2.Conectare la o surs auxiliar rezisten 5V&gt;VIN&gt;2,4V</p> <p>3.Conectare la o poarta nefolosita</p> <p>ECC = + 5V 1K</p> <p>+ 5V&gt; VIN&gt; 2,4V</p> <p>8</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>9</p> <p>MANUALUL ABSOLVENTULUI DE PROFIL ELECTRIC</p> <p>ELECTRONICA DIGITALA</p> <p>CAPITOLUL 3 CIRCUITE LOGICE COMBINATONALE3.1. TEOREMELE SI AXIOMELE ALGEBREI BOOLEENE. 1. AXIOMA 1: X(YZ)=(XY)X sau X+(Y+Z)= (X+ Y)+ Z 2. AXIOMA 2: XY=YX sau X+Y=Y+X 3. AXIOMA 3: X(Y+Z)=XY+X Z sau X+YZ=(X+Y)(X+Z) 4. AXIOMA 4: X1=1X sau X+0=0+X 5. AXIOMA 5: X X =0 sau X+ X =1 6. TEOREMA 1: XX=X sau X+X=X 7. TEOREMA 2: X0=0 sau X+1=1 8. TEOREMA 3: X = X 9. TEOREMA 4: X(X+Y)=X sau X+XY=X ASOCIATIVITATEA COMUTATIVITATEA DISTRIBUTIVITATEA ELEMENTUL NEUTRU EXISTENTA COMPLEMENTULUI IDEMPOTEN DUBLA NEGATIE ABSORBIA</p> <p>10. TEOREMA 5: X ( X + Y ) = XY sau X + XY = X + Y sau</p> <p>X ( X + Y ) = XY sau X + XY = X + Y ABSORBIA INVERS11. TEOREMA 6: XY = X + Y sau X + Y = X Y TEOREMA LUI DE MORGAN</p> <p>3.1.1. APLICATII: Pe baza axiomelor i teoremelor algebrei booleene s se demonstreze:</p> <p>A +B + A +B = A A + AB = A + B A + AB = A + B A + AB = A + B A(A + B) = A + AB = AAB + AC + B C = AC + B C A +B + A +B = A AB + BC + CA = AB + B C + C...</p>