SAYISAL DEVRE LABORATUVARI DENEY KİTAPÇIĞI

Transkript

1 ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ SAYISAL DEVRE LABORATUVARI DENEY KİTAPÇIĞI Hazırlayanlar: Yrd. Doç. Dr. Tevhit KARACALI Yrd. Doç. Dr. Birol SOYSAL Yrd. Doç. Dr. Bülent ÇAVUŞOĞLU Arş. Gör. Dr. Emin Argun ORAL Erzurum-006

2 HAFTA DENEY ADI RTL,TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı Boolean Fonksiyonlarının Minimum Kapılarla Gerçeklenmesi Schmitt Tetikleme Devresi Kodlayıcı, Kod Çözücü, Veri Seçici, Veri Yayıcı Devreler Flip-Flop Devreleri 6 Uygulamalı vize sınavı Karşılaştırma, Toplayıcı ve Çıkarıcı Devreler Sayıcılar Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Devreleri Analog/ Digital Dönüştürücü Digital/Analog Dönüştürücü Telafi deneyi (meşru mazereti olanlar için) 3 Uygulamalı final sınavı LABORATUVARIN İŞLEYİŞİ: ii

3 (AŞAĞIDA BELİRTİLEN HUSUSLARI LÜTFEN DİKKATLİCE OKUYUNUZ!!!) - Her deney öncesi klasik 5 dakikalık quiz sınavı yapılacak. Quiz sorusu ya da soruları o hafta yapılacak deneyle ilgili olacak ve deney konusuna çalışıp çalışmadığınız test edilmiş olacak. Deney föylerinizde bulunan hazırlık soruları deneye hazırlanmanız içindir. Çözümlerini teslim etmenize gerek yoktur. - Her deney öncesi kullanılacak elemanların sağlam olup olmadığını kontrol ediniz. 3- Deneyde elde ettiğiniz sonuçları deney föyüne (sonradan raporda kullanmak için) ve ayrıca sizlere dağıtılacak olan sonuçlar başlıklı boş sayfaya yazınız ve bu sayfayı deneyin bitiminde deneyi yaptıran hocanıza teslim ediniz. Bu sayfada sadece deneysel sonuçlar yer alacak, deney föyünde istenen diğer teorik hesaplamalar vs. bu sayfaya yazılmayacak; bunlar raporda yeralacak. 4- Daha önceki laboratuvarlarda olduğu gibi aynı formatta hazırlayacağınız deney raporlarınızı bir sonraki hafta deneye başlamadan önce teslim ediniz. 5- Notlandırma: Quiz : % 30 Rapor : % 30 Vize (%70) Uygulamalı vize deneyi : % 40 Uygulamalı Final Deneyi: % Her hafta aynı masada deneyinizi gerçekleştireceksiniz ve deney masanızdan siz sorumlu olacaksınız. 7- Deney grupları: Çarşamba Telafi deneyi, deneyler tamamlandıktan sonraki hafta yapılacak. 9- Vize ve final sınavları daha sonra belirlenecek tarihlerde yapılacak. iii

4 Deney RTL,TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı I. Direnç ve Transistörle Yapılan (RTL) Kapı Deneyi Deneyin Amacı:. Transistörü kesim ve doyum bölgelerinde çalıştırarak anahtar olarak kullanımını öğrenmek. Direnç ve transistörlerle yapılan kapı devresini incelenmesi Teorik Bilgi Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız. Hazırlık Soruları: - Ebers-Moll transistör modellemesine göre bir BJT transistörün kaç tane çalışma bölgesi vardır? Kısaca açıklayınız - Hangi çalışma bölgelerinde anahtar olarak kullanılır? Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 3K3 ve adet 390 Ω ¼ watt direnç 3- adet yeşil, adet kırmızı LED 4- adet SPDT anahtar Deneyin yapılışı. Şekil A daki devreyi kurun. Yeşil led i transistörün girişine (D), kırmızı led i çıkışına (D) bağlayınız.. Anahtarın konumunu değiştirerek yandaki tabloyu doldurunuz. Anahtar Konumu Yeşil LED Kırmızı LED Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor 0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Deney

5 R 390 R: 390 Ohm R: 3k3 SW R BC38 SW-SPDT R k3 D D Şekil A +5V R 390 SW R BC38 SW 3k3 R4 3k3 BC38 R3 390 R5 390 D D3 D Şekil B Deney

6 3. Şekil B deki devreyi kurunuz. (D ve D3 yeşil led, D kırmızı led) 4. Anahtarların konumunu değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz.. Anahtar. Anahtar. Yeşil LED (D). Yeşil LED (D3) Kırmızı LED (D) Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor 0 0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor 0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor 0 Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Yanıyor Yanmıyor Değerlendirme soruları: - Aldığınız sonuçlara göre Şekil A daki devre hangi mantıksal kapıyı temsil eder? Doğruluk tablosunu oluşturunuz. - Aldığınız sonuçlara göre Şekil B daki devre hangi mantıksal kapıyı temsil eder? Doğruluk tablosunu oluşturunuz. 3- Bu deneyden öğrendiğiniz sonucu birkaç cümle ile açılayınız. Deney 3

7 II. TTL ve CMOS Kapılarının Tanıtımı ve Karakteristikleri Deneyin Amacı TTL ve CMOS mantıksal kapılarının çalışmasını, karakteristiklerini ve birbirine olan üstünlükleri öğrenmek Teorik Bilgi Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız. Deney Öncesi Hazırlık: - 74LS00 ve 40 mantıksal kapılarına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz. - Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz. Hazırlık Soruları: - TTL ve CMOS kapılarının özellikleri nedir? Birbirine üstünlükleri nelerdir? - Çıkış yelpazesi (Fan-out), yayılma gecikmesi, gürültü marjı kavramlarını açıklayınız. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS00 3- adet adet DMM 5- adet osiloskop Deneyin yapılışı. Şekil A daki devreyi 74LS00 kullanarak kurunuz.. DMM leri mikroamper pozisyonuna ayarlayınız K lık Potansiyometreyi 0 V dan başlayarak +5 V a kadar 0. V aralıklarla artırırken giriş gerilimi, giriş akımı ve çıkış akımını kaydediniz. Bu arada gürültü bağışıklığı için V IL ve V IH gerilimlerini takip ederek kaydediniz. 4. Devreden DMM leri kaldırıp girişe KHz lik TTL sinyal uygulayınız (Şekil B). 5. Osiloskoptan çıkış ile giriş sinyallerini gözlemleyerek milimetrik kağıda çiziniz. 6.. adımdaki devreyi 40 kullanarak tekrar kurunuz adımları 40 li devre için tekrarlayınız. Deney 4

8 +5V RV U:A U:C 0 3 U:D 0k µa 5 6 U:B µa A 40 B Şekil A U:A U:C 0 3 U:D U:A(B) 5 6 U:B 4 A 40 B Şekil B Değerlendirme soruları:. Deneyden elde ettiğiniz sonuçları kullanarak hem 74LS00 hem de 40 için çıkış yelpazesini, yayılım gecikmesini ve gürültü bağışıklığını hesaplayınız. Deney 5

9 Deney Boolean Fonksiyonlarının Minimum Kapılarla Gerçeklenmesi Deneyin Amacı: Boolean kurallarıyla mantıksal denklemlerin gösterimini ve sadeleştirme yöntemlerini öğrenmek. Teorik Bilgi Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız. Hazırlık Soruları: - girişli VE-DEĞİL kapıları kullanarak VEYA kapısı fonksiyonunu elde ediniz. - F= x.y.z +x.y.z+x.y.z+x.y.z fonksiyonunu Boolean kuralları veya harita yöntemi kullanarak sadeleştiriniz. 3- Şekil B deki devreyi sadeleştiriniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS00 Deneyin yapılışı. Şekil A daki devreyi kurunuz.. A girişini S, B girişini S anahtarına ve F çıkışını logic prob a bağlayınız. 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : A(S) B(S) F 4. Şekil B deki devreyi sadeleştirme kurallarından yararlanarak elinizdeki malzeme ile kurunuz. 5. X girişini S, Y girişini S, Z girişini S3 anahtarına ve F çıkışını logic prob a bağlayınız. 6. Anahtarları sırasıyla 0 dan konumuna geçirerek Tablo yi doldurunuz. Deney

10 A U:A 74LS U:C 8 F B 4 5 U:B 6 74LS00 74LS00 Şekil A X Y 4 5 U:A 74LS00 U:B 74LS U:A 74LS0 U:B 74LS U:C 74LS0 8 F Z 0 9 U:C 74LS U:D 74LS00 Şekil B Tablo : X(S) Y(S) Z(S3) F Değerlendirme soruları: - Tablo dan yararlanarak devrenin fonksiyonunu çıkarınız. Bu fonksiyon hangi mantıksal kapıya aittir? - Tablo den yararalanarak devrenin fonksiyonunu çıkarınız. Şekil B deki devre ile aynı sonuçları verip vermediğini kontrol ediniz. Deney

11 DENEY 3 SCHMITT TETİKLEME DEVRESİ. Deneyin Amacı Transistörlü ve işlemsel yükselteçli Schmitt tetikleme devresinin çalışma prensiplerinin anlaşılmasını ve kullanılabilmesini sağlamak.. Teorik Bilgi.. Giriş Schmitt tetikleme (ST) devresi, alçak seviye (AS) ve yüksek seviye (YS) olmak üzere, iki konumlu bir devredir. Girişine uygulanan yavaş değişen bir işaretten hızlı değişen işaret elde etmede kullanılır. Bir diğer uygulama alanı ise, seviye detektörü olarak kullanılabilmesidir... Transistörlü Schmitt Tetikleme Devresi Şekil de transistörlü ST devresi verilmektedir. Bu devre aynı zamanda emetör bağlamalı ikili (emitter-coupled binary) devre olarak da adlandırılır. Çünkü pozitif geri-besleme emetördeki R 3 direnci tarafından sağlanmaktadır. V G C R R 5 R T T V CC V Ç T, T :BC547 R = 4K7 R = K R 3 = 3K3 R 4 = 6K8 R 5 = 4K7 C = 0 nf V CC = + 5 V R 3 R 4 Şekil. Transistörlü Schmitt tetikleme devresi Şekil de devrenin geçiş özeğrisi verilmektedir. Tetikleme gerilimleri arasında V H = V V gibi bir histerezis gerilimi vardır. Böyle bir devrenin girişine sinüzoidal bir işaret uygulandığında elde edilecek çıkış dalga şekli Şekil 3 te verilmiştir. Giriş gerilimi V değerinden küçük olduğu sürece T kesimde, T doymada olacağından çıkış alçak seviye (AS) olacaktır. Giriş gerilimi V den büyük olmaya başlayınca T iletime geçecek ve hızlı bir şekilde T yi kesime sürecektir. Pozitif geri-beslemeden dolayı bu işlem çok hızlı bir şekilde gerçekleşecektir. Çıkış yüksek seviye (YS) olacaktır. Giriş gerilimi V değerinin altına Deney 3

12 düştüğünde çıkış tekrar AS olacaktır. Bu olay aşağıdaki tablo ile özetlenebilir: V G V V G V Transistörlerin Durumu T Doymada T Kesimde T Kesimde T Doymada Çıkış Seviyesi YS AS V G (t) V V Ç V YS V Ç (t) t AS V G V V Şekil. Transistörlü ST devresinin geçiş özeğrisi YS AS Şekil 3. ST nin giriş ve çıkış işaretleri t V ve V gerilimleri ST nin konum değiştirme, yani tetiklenme noktalarıdır. Çıkış T nin kollektöründen alınmaktadır. Dolayısıyla T kesimde ise V Ç = V CC (YS) olur. T iletimde ise V Ç = V CE +V E (AS) olur. Devrenin çalışmasının daha iyi anlaşılabilmesi için V G = 0 olduğu varsayılsın. Bu durumda, T in bazı toprak potansiyelinde olduğundan ve T nin emetöründen akım aktığı için R 3 üzerinde bir gerilim oluşacağından T kesimde olacaktır. T ise, V CC, R, R ve R 4 den dolayı iletimde olacaktır. Bu durumdaki devre ve Thevenin eşdeğeri Şekil 4 teki gibi olur. Thevenin eşdeğer devresinde V TH ve R TH değerleri aşağıdaki gibi hesaplanır: R4 ( R + R ) R TH = () R + R + R 4 V = R () 4 TH V CC R4 + R + R Deney 3

13 V CC V CC R R 5 R 5 R T V Ç V TH R TH T V`E V Ç R 4 R 3 R 3 Şekil 4. T kesimde iken ST ve Thevenin eşdeğer devresi T nin aktif bölgede çalıştığı kabul edilirse, I V V C ' Ç ' E = h = V FE CC B I B I C = ( I + I ) R C R 5 3 (3) eşitlikleri yazılabilir. Tasarım esnasında V TH ve R TH değerleri T transistörü aktif bölgede olacak şekilde seçilir. T in iletime geçebilmesi için giriş geriliminin alması gereken en küçük değer V dir. V = V E + V (4) ' BE V G nin artmaya başladığı varsayılsın. T in iletime geçebilmesi için V G > V olmalıdır. T iletime geçer geçmez V C gerilimi düşer. Bu ise V B geriliminin düşmesi, T nin daha az iletimde olması ve I E nin azalması demektir. Bu arada I E akımı artmaktadır ama bu artış I E deki azalmadan daha az olduğundan R 3 deki toplam akımda azalma olmaktadır. Dolayısıyla V E gerilimi azalmaktadır. V E nin azalması T in daha fazla iletime girmesini sağlamakta ve bu işlem pozitif geri-beslemeli olarak çok hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Böylece T çok hızlı olarak doymaya, T de çok hızlı olarak kesime gider ve ST konum değiştirmiş olur (YS). T kesimde iken ST ve kollektörden bakıldığında görülen Thevenin eşdeğer devresi Şekil 5 teki gibi olur. Bu eşdeğer devre için V TH ve R TH, R ( R + R4 ) R TH = (5) R + R + R 4 Deney 3 3

14 V R + R = (6) 4 TH V CC R + R + R4 olarak hesaplanabilir. Bu durumda V``E gerilimi ise, V CC V TH R R TH V G T V G T V``E V``E R 3 R + R 4 R 3 Şekil 5. T kesimde iken ST ve Thevenin eşdeğer devresi '' VE VTH I CRTH VCE d = (7) olacaktır. Burada V CEd T transistörünün doyma durumundaki kollektör-emetör gerilimini göstermektedir. T in doymada olması için gerekli olan minimum giriş gerilimi '' V V E + V BE d = (8) olacaktır. V G >V olduğu müddetçe T doymada kalacaktır. V G < V olduğunda pozitif geribesleme olayı tekrar gerçekleşir ve T tıkamaya, T iletime girer. Böylece ST nin çıkışı tekrar AS olur. C kapasitesi anahtarlama olayını hızlandırmak amacıyla kullanılmaktadır..3. İşlemsel Yükselteçli Schmitt Tetikleme Devresi İşlemsel yükselteçli ST devresi Şekil 6 da verilmektedir. Burada pozitif geri-besleme R ve R dirençleri yardımıyla uygulanmaktadır. Geri-beslemeli bir sistemde çevrim kazancı GK = - K olursa, geri-besleme kazancı ( K Vf = ) sonsuz olur. Bu durumda çıkışın bir konumdan + GK diğer konuma geçişi keskin olur. Bu devrede işlemsel yükselteç karşılaştırma görevi yapmaktadır. Giriş geriliminin 0 volttan itibaren arttığı düşünülsün. V G < V olduğu sürece V = + V olacaktır (YS). Süperpozisyon teoremi kullanılarak V f aşağıdaki gibi hesaplanabilir: Ç CC Deney 3 4

15 V f = ( V R R R + R R = V R + R R V R R + R + R R ) + R + R V CC V Ç (9) Bu değer aynı zamanda ST nin konum değiştireceği giriş gerilimi V dir. V G > V olunca ST konum değiştirecek, V Ç = -V CC (AS) olacak ve bu seviyede kalacaktır. V G - V Ç + R V f R = 47K R = 4K7 V CC = 5 V V R = 5 V YS V Ç R V V V G AS V R Şekil 6. İşlemsel yükselteçli Schmitt tetikleme devresi Şekil 7. Transistörlü ST devresinin geçiş özeğrisi Çıkış gerilimi V Ç = - V CC iken geri-besleme gerilimi V f R R = VR VCC (0) R + R R + R olacaktır. Bu değer de ST nin diğer konum değiştirme gerilimi olan V dir. Histerezis gerilimi V R = V V = () H V CC R + R olarak hesaplanabilir. Giriş geriliminin azaldığı düşünülsün. V G < V olunca ST nin çıkışı tekrar V Ç = + V CC (YS) olur ve bu seviyede kalır. Anlatılanlar ışığında işlemsel yükselteçli ST devresinin geçiş özeğrisi ise Şekil 7 de verilmiştir. 3. Hazırlık Soruları Aşağıdaki soruları çizgisiz A4 kâğıda cevaplamış olarak deneye geliniz. a) Transistörlü ST devresinin nasıl tasarlanabileceğini araştırınız. b) Transistörlü ST devresi ile işlemsel yükselteçli ST devresini karşılaştırınız. c) İşlemsel yükselteçli ST devresinde V R geriliminin geçiş özeğrisine etkisini araştırınız. (V R = +5 V ve V R = - 5 V alarak V ve V gerilimlerini hesaplayıp, özeğrileri çiziniz.) Deney 3 5

16 4. Deney İçin Gerekli Malzemeler. C.A.D.E.T. deney seti. adet voltmetre 3. Ayarlanabilir DC gerilim kaynağı 4. x BC547 transistör 5. LM74 6. N4007 diyot 7. x 4.7 kω,. kω, 3.3 kω, 6.8 kω, 47 kω direnç 8. 0 nf kondansatör 9. Yeterli miktarda bağlantı teli 5. Deneyin Yapılışı - Şekil de verilen devreyi kurunuz. Devrenin girişine ayarlanabilir DC gerilim kaynağı bağlayınız. Giriş ve çıkış gerilimlerini birer voltmetre ile ölçerek devrenin geçiş özeğrisini çıkarınız. AS ve YS durumlarında T Ve T transistörlerinin V BE, V CB ve V CE gerilimlerini ölçünüz. - T in bazına N4007 diyotu (katodu baza gelecek şekilde) bağlayınız. Diyotun anoduna 5Sinπ 000t voltluk bir işaret uygulayınız. T in bazındaki ve çıkıştaki işareti osiloskopta gözleyiniz. Giriş işaretinin frekansını 0 khz ve 00 khz yaptığınızda ne gibi değişiklikler gözlüyorsunuz? C kondansatörünü devreden çıkarıp tekrar takarak etkisini inceleyiniz. 3- Şekil 6 da verilen devreyi kurunuz. V R = 5 V yaparak devrenin geçiş özeğrisini çıkarınız. Devrenin girişine 5Sinπ 000t voltluk bir işaret uygulayarak giriş ve çıkış işaretlerini osiloskopta inceleyiniz. 4- V R = 0 V ve V R = -5 V yaparak çıkış işaretinin nasıl değiştiğini inceleyiniz. 5- Transistörlü ve işlemsel yükselteçli ST devrelerinin geçiş özeğrilerini karşılaştırınız. Deney 3 6

17 Deney 4 Kodlayıcı, Kod Çözücü, Veri Seçici, Veri Yayıcı Devreler (Encoder, Decoder, Multiplexer, Demultiplexer) I. Kodlayıcı (Encoder) Devresi Deneyin Amacı: Kodlayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması Teorik Bilgi Kombinezonsal bir lojik devre olan kodlayıcı, bir veya daha fazla girişten belirli bir çıkış kodu üretir. Bir anda sadece bir tane giriş tetiklenebilir. Şekil 4- de n-bit girişli ve n-bit çıkışlı bir kodlayıcı gösterilmiştir. Girişlerden birisi tetiklendiği zaman çıkışta n-bitlik bir çıkış kodu üretilecektir. Şekil 4. 8:3 Kodlayıcı Şekil 4- de 8:3 kodlayıcı gösterilmiştir. Devrenin Sekiz tane girişi (A~A7) (0~7) ve üç tane çıkışı (Q0, Q) (000~) vardır. A0 girişi olursa buna karşılık gelen QQQ0 çıkışı 000 değerine eşit olacaktır. Aslında A0 girişi Şekil 4. kapının girişine bağlanmamıştır. A girişi olursa QQQ0=00, A girişi olursa QQQ0=00 olacaktır. Girişler arasında Deney 4

18 birden fazla değeri bulunamaz; örneğin A ve A3 girişleri aynı anda ise QQQ0=0, A3 ve A4 girişleri aynı anda ise QQQ0= olacaktır ve çıkışların ikisi de yanlıştır. Matris Kodlayıcı Eğer piyasadaki kodlayıcılar istenilen özellikleri karşılayamıyorsa, diyotlar kullanılarak istenilen özelliklerde bir kodlayıcı yapılabilir. Şekil 4-3 te diyotlarla yapılmış basit bir matris kodlayıcı gösterilmiştir. Şekil 4.3 Bazı dijital uygulamalarda çeşitli giriş işaretlerini belirli bir önceliğe göre işleme tabi tutmak gerekebilir. Öncelikli kodlayıcı olarak adlandırılan özel bir kodlayıcı türü bu işlevi yerine getirir. Öncelik sırası yüksek olan bir giriş tetiklendiğinde çıkış daha düşük öncelik sırasına sahip girişleri dikkate almaksızın bu girişe karşılık gelen değeri alır tümdevresi Binary çıkışlı 8: öncelikli kodlayıcıdır. Giriş önceliği artan sıradadır, yani. girişin önceliği en düşük ve 8. girişin önceliği en yüksektir. Çıkışlar Binary kodundadır. Deney Öncesi Hazırlık: - 74LS48 encoder ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz. - Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz. Hazırlık Soruları: - BCD den 3 fazlalık koduna kodlama yapan devreyi mantıksal kapılar kullanarak gerçekleyiniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS48 Deney 4

19 Deneyin yapılışı. Şekil 4.4 deki devreyi kurunuz.. Girişleri S-S8, çıkışları logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. +5V U EI A0 A A GS EO LS48 Şekil 4.4 Tablo : S8 S7 S6 S5 S4 S3 S S A0 A A GS Eo Deney 4 3

20 II. Kod Çözücü (Decoder) Devresi Deneyin Amacı: Kod çözücülerin çalışma prensiplerinin anlaşılması Teorik Bilgi Kod çözücü, girişte belirli bir ikili sayının veya kelimenin bulunup bulunmadığını ortaya çıkaran bir lojik devredir. Kod çözücünün girişi bir ikili sayıdır, çıkışı ise belirli bir sayının bulunup bulunmadığını belirten ikili işarettir. Temel bir kod çözücü olarak VE kapısı kullanılabilir, çünkü kapının çıkışı girişlerin tümü olduğunda olacaktır. VE kapısının girişlerini veriye uygun şekillerde bağlayarak bütün ikili sayılar için sayıların varlığı belirlenebilir. 3:8 Kod çözücü Şekil 4.5 de 3:8 kod çözücü gösterilmiştir. A, B ve C olmak üzere üç giriş ve Q0~Q7 olmak üzere sekiz çıkış bulunmaktadır. CBA= 00 ise Q çıkışı olacaktır. CBA= ise Q7 çıkışı olacaktır. Şekil 4.5 Deney Öncesi Hazırlık: - 74LS38 decoder ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz. - Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz. Deney 4 4

21 Hazırlık Soruları: - den 4 e (:4) kod çözen devreyi mantıksal kapılar kullanarak gerçekleyiniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS55 Deneyin yapılışı. Şekil 4.6 daki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.. Girişleri S-S3, çıkışları logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. +5V U A B C E E E3 Y0 Y Y Y3 Y4 Y5 Y6 Y LS38 Şekil 4.6 Tablo : A(S) B(S) C(S3) Y0 Y Y Y3 Y4 Y5 Y6 Y Deney 4 5

22 III. Veri Seçici (Multiplexer) ve Veri Yayıcı (Demultiplexer) Deneyin Amacı: Veri seçicilerin ve veri yayıcılarınçalışma prensiplerinin anlaşılması. Teorik Bilgi Veri seçici (MUX), girişlerinden birini seçip çıkışa gönderen bir lojik devredir. Girişlerinden bir tanesi seçme girişleri tarafından seçilir ve bu giriş çıkışa gönderilir. Çıkış tektir. Seçme girişlerinin sayısı veri seçicinin kapasitesini belirler. Örneğin veri seçicinin tek bir seçme girişi varsa, devre : (ikiye bir) veri seçici olarak adlandırılır, çünkü tek bir seçme girişi iki giriş arasından seçme yapabilir. Üç girişli bir veri seçici sekiz giriş arasından seçim yapabileceği için 8:3 (sekize üç) veri seçici olarak adlandırılır (^3=8). Veri seçici kullanarak F(CBA)= Ç (0,,, 6, 7) gibi lojik fonksiyonlar kolaylıkla gerçeklenebilir. F fonksiyonu 0,,, 6, 7 durumlarındaki çarpımların toplamıdır.aşağıdaki 4: veri seçiciye bakarsak çıkışın A, B, C girişleri tarafından belirlendiğini görebiliriz. CBA=000, 00, 00, 0, iken F çıkışı olmaktadır. Diğer bütün durumlarda F=0 dır. Şekil 4.7 Veri yayıcılar, veri seçicilerin tam tersi işlem yapmaktadırlar. En yaygın olarak 405 demultiplexer kullanılmaktadır. Hazırlık Soruları: demultiplex e ait katalog bilgilerini temin ederek çalışınız. Deney Öncesi Hazırlık: - 74LS5 ına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz. - Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz. Deney 4 6

23 Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS5 Deneyin yapılışı. Şekil4.8 deki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.. A girişini S, B girişini S, C girişini anahtarına S3, Y çıkışlarını logic indicators LED ine sırası ile bağlayınız. 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo 3 i doldurunuz. Şekil 4.8 Tablo 3: A(S) B(S) C(S3) Y Deney 4 7

24 Deney 5 Flip-Flop Devreleri Deneyin Amacı: Flip-flopların çalışmasını ve türlerini anlamak. Teorik Bilgi Sayısal Elektronik dersi ders notlarından ardışıl (Sequential) devreler bölümüne bakınız. : Temel Mantıksal Kapılar ile R S Flip Flop Hazırlık Soruları: - Şekil 5. devrede NAND kapıları yerine NOR kapıları kullanarak R-S flip flop devresini oluşturarak doğruluk tablosunu elde ediniz. Şekil 5. deki devreden farkı nedir? Açıklayınız. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS00 Deneyin yapılışı. Şekil 5. deki devreyi kurunuz.. girişler S, S anahtarı, çıkışlar logic indicators LED leridir. Bağlantıyı yapınız. 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : S S A B Deney 5

25 +5V S SW-SPDT U:A 3 74LS00 S 4 5 U:B 6 SW-SPDT 74LS00 A B Şekil 5. : J K Flip Flop Deney Öncesi Hazırlık: 74LS76 entegresine ait datasheet i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz. Hazırlık Soruları: - R-S ile J-K flip-flop arasında ne fark vardır? Açıklayınız. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS76 Deneyin yapılışı. Şekil 5. deki devreyi kurunuz.. girişler S, S anahtarı, çıkışlar logic indicators LED leridir. Bağlantıyı yapınız. 3. S ve S anahtarlarını sırayla 0 dan konumuna geçirerek S3 anahtarına basılı değilken Q n, basılı iken Q n+ değerlerini Tablo ye doldurunuz. (Q n önceki değer, Q n+ ise sonraki değer anlamındadır.) Tablo : S(J) S(K) S3(clock) Q n Q n Deney 5

26 4. Şekil 5. deki devrede S ve S anahtarlarını sırası ile entegrenin S ( nolu bacak) ve R (3 nolu bacak) bacaklarına bağlayınız maddedeki işlemleri yenileyerek Tablo 3 ü doldurunuz. +5V S U:A R k SW-SPDT 4 6 J CLK K S R Q Q 5 4 S3 S 3 74LS76 Q SW-SPDT Şekil 5. Tablo 3: S(S) S(R) S3(clock) Q n Q n : D Flip Flop Deney Öncesi Hazırlık: 74LS74 entegresine ait datasheet i elde ediniz. İnceleyerek birlikte deneye geliniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS74 Deneyin yapılışı. Şekil 5.3 deki devreyi kurunuz.. giriş S, çıkış logic indicators LED dir. Bağlantıyı yapınız. 3. S anahtarını sırayla 0 dan konumuna geçirerek S3 anahtarına basılı değilken Q n, basılı iken Q n+ değerlerini Tablo 4 ye doldurunuz. (Q n önceki değer, Q n+ ise sonraki değer anlamındadır.) Deney 5 3

27 +5V S R k S3 SW-SPDT 3 4 D CLK S R U:A 5 Q 6 Q 74LS74 D LED-RED Şekil 5.3 Tablo 4: S(S) S3(clock) Q n Q n+ 0 0 Deney 5 4

28 Deney 6 Karşılaştırma, Toplayıcı ve Çıkarıcı Devreler I. Karşılaştırma Devresi Deneyin Amacı: Sayısal karşılaştırıcıların tasarımının ve çalışmalarının anlaşılması Teorik Bilgi Bir karşılaştırma işlemi yapmak için en az iki sayı gerekir. En basit karşılaştırıcının iki girişi vardır. Girişler X ve B olarak adlandırılırsa üç olası çıkış söz konusudur: X>Y; X=Y; X<Y. Şekil 3. de basit bir karşılaştırıcı gösterilmiştir. X Y Karşılaştırıcı X<Y X=Y X>Y Şekil 6. Gerçek uygulamalarda 4 bitlik karşılaştırıcılar kullanılır (TTL-7485,CMOS-4063). 4 bitlik karşılaştırmada karşılaştırmaya enanlamlı bitten başlanır ( 3 ). Eğer X girişinin enanlamlı biti Y girişinden büyükse X>Y çıkışı, küçükse X<Y çıkışı yüksek seviye durumuna geçer. Eğer X ve Y girişlerinin enanlamlı bitleri eşitse karşılaştırmaya bir sonraki yüksek anlamlı bitten devam edilir. Girişler enanlamsız bitte de eşitse X=Y çıkışı yüksek seviye durumuna geçer. Hazırlık Soruları: - girişli VE-DEĞİL ile girişli XOR kapısı kullanarak en basit karşılaştırıcı tasarlayınız. - 4 bitlik bir karşılaştırıcıyı her bir bit için şekil 6. deki blok ifadeleri ve mantıksal kapıları kullanarak tasarlayınız. 3-74LS85 4-bit karşılaştırma entegresinin datasheet ini edinerek adet 4 bitlik WORD karşılaştırmasını inceleyiniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS00 3- adet 74LS04 4- adet 74LS86 5- adet 74LS85 Deney 6

29 Deneyin yapılışı. Hazırlık soruları. de istenen devreyi kurunuz.. X girişini S, Y girişini S anahtarına, X>Y, X=Y ve X<Y çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : X(S) Y(S) X<Y X=Y X>Y Şekil 6. deki devreyi kurunuz. 5. X girişini S-S4, Y girişini S5-S6, X>Y, X=Y ve X<Y çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız 6. Anahtarları sırasıyla 0 dan konumuna geçirerek Tablo yi doldurunuz. X U A0 A A A3 B0 B B B3 A<B A=B A>B QA<B QA=B QA>B LS85 Y +5V Şekil 6. Deney 6

30 Tablo : (S4) X(S3) X(S) X(S) Y(S4) Y(S3) Y(S) Y(S) X<Y X=Y X>Y Değerlendirme soruları: - Tablo de tüm anahtarlar aynı pozisyonunda iken X=Y çıkışının yüksek seviyede olması beklenir. X>Y çıkışının yüksek seviyede olması için devre bağlantılarında ne gibi ilave değişiklik yapmak gerekir? 74LS85 datasheet inden yararlanarak açıklayınız. Deney 6 3

31 II. Yarım Toplayıcı ve Tam Toplayıcı Devreleri Deneyin Amacı: ALU daki yarım ve tam toplayıcı birimlerinin karakteristiklerinin anlaşılması Teorik Bilgi Toplayıcı devreler Yarım-Toplayıcı ve Tam-Toplayıcı olarak ikiye ayrılır. Yarım-toplayıcılar tabanında toplama kuralına göre çalışır ve sadece bitin toplanmasını dikkate alır. Toplamanın sonucu elde ve toplam dır. tabanında toplama işleminde elde, iki sayının toplamı den büyükse meydana gelir. Aşağıdaki yarım-toplayıcı ile yapılan toplama işlemlerini inceleyiniz. önceki elde 0 toplanan toplanan elde 0 Toplam elde 0 Toplam ile toplandığında toplam 0 ve elde dir. Yarım-toplayıcının toplama işlemi -bitlik sayılarla sınırlıdır. Tam toplayıcı -bitten daha büyük sayılar için toplama işlemini gerçekleştirir. Aşağıdaki tam-toplayıcı ile yapılan toplama işlemlerini inceleyiniz. Tam-toplayıcı iki adet yarımtoplayıcı kullanılarak gerçeklenebilir. Şekil 6.3 (a) ve (b) de yarım-toplayıcı ve tam-toplayıcının devreleri ve simgeleri gösterilmiştir. X Y U:A 74LS86 U:A 3 3 T E X Y Yarim Toplayici T E (a) 74LS00 X Y Yarim Toplayici T E X Y Tam Toplayici Yarim Toplayici T T (b) Ei E Eo Şekil 6.3 Deney 6 4

32 Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS00 3- adet 74LS3 4- adet 74LS86 Deneyin yapılışı. Şekil 6.3 (a) deki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.. X girişini S, Y girişini S anahtarına, T ve E çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız. 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : X(S) Y(S) T E Şekil 6.3 (b) deki devreyi kurunuz devreyi kurunuz. 5. X girişini S, Y girişini S ve Ei girişini S3 anahtarına, T ve Eo çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız. 6. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : X(S) Y(S) Ei(S3) T Eo Deney 6 5

33 II. Yarım Çıkarıcı ve Tam Çıkarıcı Devreleri Deneyin Amacı: Tümleme teorisinin ve yarım ve tam çıkarma devrelerinin gerçeklenmesi Teorik Bilgi Mantıksal devrelerde yapılan ikinci temel işlem çıkarmadır. İki bitin çıkarmasını yapan devreye yarım çıkarıcı, üç bitin çıkarmasını yapan devreye ise tam çıkarıcı devresi denir. A B Yarım Çıkarıcı Fark (F) = A`B+AB` Borç (B) = A`B 0 0 = 0 0 = (Borç =) 0 = = 0 A U:A 3 Fark B 74LS86 (a) U5:A U4:A 3 Borç 74LS04 74LS08 A B Yarım Çıkarıcı A B Yarım Çıkarıcı Fark (b) C Tam Çıkarıcı Borç Şekil 6.4 Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS04 3- adet 74LS08 4- adet 74LS3 5- adet 74LS86 Deney 6 6

34 Deneyin yapılışı. Şekil 6.4 (a) deki devreyi kurunuzn devreyi kurunuz.. A girişini S, B girişini S anahtarına, F ve B çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız. 3. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : A(S) B(S) F B Şekil 6.4 (b) deki devreyi kurunuz devreyi kurunuz. 5. A girişini S, B girişini S ve C girişini S3 anahtarına, F ve B çıkışlarını logic indicators LED lerine sırası ile bağlayınız. 6. Anahtarları sırayla 0 dan konumuna geçirerek Tablo i doldurunuz. Tablo : A(S) A(S) B(S3) F B Değerlendirme soruları: - 74LS83 datasheet ini kataloglardan (internet vasıtasıyla pdf dosyasını bulabilirsiniz.) edininiz. Bu datatshetten yararlanarak 4 bitlik toplayıcı entegrenin çalışmasını öğreniniz. - Yukarıdaki bilgiler ışığında 74LS83, ve gerekli mantık kapıları kullanarak seçime göre hem toplayıcı hem de çıkarıcı olarak çalışan bir devre tasalayınız. Deney 6 7

35 Deney 7 Sayıcılar Deneyin Amacı: Sayıcıların çalışma prensiplerinin anlaşılması ve J-K flip-floplarıyla nasıl gerçeklendiklerinin incelenmesi. Teorik Bilgi Sayıcılarla ilgili ders notlarına bakınız. Deney Öncesi Hazırlık: - 74LS6 sayıcısına ait datasheet (katalog) bilgilerini araştırarak temin ediniz. - Bu katalog bilgilerini okuyup katalog dökümanları ile deneye geliniz. Hazırlık Soruları: ve gerekli lojik kapıları kullanarak 6 ile 5 arasında sayan bir sayıcı tasarlayınız. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS76 3- adet 74LS04 4- adet 74LS00 5- adet 74LS6 I. Asenkron Tabanında Yukarı Sayıcı Deneyin yapılışı. Şekil 7. deki devreyi kurunuz.. B(clock) girişini CADET üzerindeki darbe üretecine A girişini ise CADET üzerindeki anahtarlardan birine bağlayınız. L~L4 girişlerini CADET üzerindeki lojik göstergelere bağlayınız. 3. Başlangıçta A anahtarını konumuna getirerek flip flopların çıkışını sıfırlayınız. Daha sonra saymaya başlamak için anahtarı 0 konumuna getiriniz. Saat işaretini ve çıkışları osiloskopla ölçüp şekil 7. ye kaydediniz. Deney 7

36 Şekil 7. L L L3 L4 Şekil Sayma sürecinde A anahtarı konumuna getirilirse ne olur? Deney 7

37 II. 746 İle Senkron Tabanında Yukarı Sayıcı Bir senkron sayıcı tümdevresi olan 746, ENableP, ENableT, load ve clear olmak üzere dört adet kontrol girişi, CLK saat girişi, dört bitlik paralel girişi, dört bitlik paralel çıkışı ve bir bitlik elde çıkışına sahiptir. Giriş verilerinin çıkışa yüklenmesi için clear girişini lojik e, load girişini lojik 0 a getirmek gerekir. Tümdevrenin içindeki bellek elemanları yükselen kenarda tetiklenirler. Eğer load ve clear girişi ve her iki sayma kontrol girişi (ENP ve ENT) lojik e getirilirse, devre sayıcı olarak çalışır. ENP ve ENT girişlerinden herhangi biri yada ikisi lojik 0 olursa çıkış korunur. Elde çıkışı, tüm paralel çıkışlar lojik değerine eşit olunca, lojik değerini alır. Deneyin yapılışı. Şekil 7.3a daki devreyi kurunuz.. Sayıcının ENP girişini şekilde görüldüğü gibi CADET üzerindeki anahtarlardan birine bağlayınız ve sayıcıyı anahtarı kapalı konuma getirerek çalıştırınız. 3. Şekil 7.3b deki devreyi kurarak devrenin 3ile arasında saydığını gözlemleyiniz ve gerekli lojik kapıları kullanarak 6 ile 5 arasında sayan bir sayıcı tasarlayınız. a) b) Şekil 7.3 Değerlendirme soruları: - Şekil 7. deki devrenin geri sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması gerekir? - Şekil 7. deki devrenin BCD sayıcı olarak davranması için ne gibi değişiklikler yapılması gerekir? Deney 7 3

38 Deney 8 Kaydırmalı Kaydedici (Shift Register) Devreleri (Ötelemeli Saklayıcı Devreleri) Deneyin Amacı: Kaydedicilerin çalışma prensiplerini kavramak Teorik Bilgi Sayısal Elektronik dersi ders notlarına bakınız. : D Türü Flip Flop lar ile Kaydırmalı Kaydedici Gerçekleştirme: Deney Öncesi Hazırlık 74LS74 entegresine ait datasheet i elde ediniz ve bu datasheet le birlikte deneye geliniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS adet k, 4 adet 330 Ω direnç Deneyin yapılışı. Şekil 8. deki devreyi kurup, tüm bağlantıları gerçekleştirin.. Bu devrede giriş olarak S anahtarı, çıkışlar için LED ler (veya logic indicator) kullanılmıştır. S anahtarı saat darbelerini üretmek, S3 anahtarı ise tüm çıkışları sıfırlamak amacıyla tasarlanmışlardır. 3. S3 anahtarına basıp bırakın ve LED lerin hangilerinin yandıklarını belirtin. 4. S anahtarı 0 konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 5. S anahtarı konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 6. S anahtarı 0 konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 7. S anahtarı konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 8. Yukarıdaki gözlemlerinize göre her bir saat darbesi eşliğinde S anahtarı ile girişte uygulanan verinin LEDler yardımıyla çıkışta ne şekilde sıralandıklarını açıklayın. Not: LED yerine kullanabileceğiniz logic indicator lerin kullanımını laboratuvar sorumlunuzdan öğreniniz. Tablo : S(D) S(saat) D D D3 D4 0 0 Deney 8

39 +5V R k S S SW-SPDT 4 U:A 0 U:B 4 U:A 0 U:B D S Q 5 D S Q 9 D S Q 5 D S Q 9 3 CLK CLK 3 CLK CLK R3 k R k R 6 Q 74LS74 3 R 8 Q 74LS74 R 6 Q 74LS74 3 R 8 Q 74LS74 S3 R4 330 R5 330 R6 330 R7 330 A K D A K D A K D3 A K D4 Şekil 8. Değerlendirme soruları: - Bu devrede kullanılan LEDler D-tipi FF çıkışlarının hangi durumnda (H veya L) yanmaktadırlar, niçin? - Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 8. deki devre hangi yöne (sağ veya sol) kaydırma fonksiyonu gerçekleyen bir kaydedici devresidir. 3- Bu çalışmadan öğrendiğiniz bilgiler ışığında seri/paralel dönüştürücü bir devreyi nasıl tasarlarsınız, açıklayınız. 4- Bu devrenin kaydırma yönünü değiştirmek için tasarımda ne gibi bir değişiklik gerekir. : Kaydırmalı Kaydedici İle 4-bit Seri/Paralel Dönüştürücü Gerçekleştirme: Deney Öncesi Hazırlık 74LS94 entegresine ait datasheet i bölüm sonunda verilmiştir. Bu datasheet ten faydalanarak bu kaydırmalı kaydedicinin çalışmasını ve özelliklerini öğreniniz. Deney için gerekli malzemeler: - C.A.D.E.T - adet 74LS94 3- adet k, 4 adet 330 Ω direnç Deney 8

40 Deneyin yapılışı - Şekil 8. deki devreyi kurup, tüm bağlantıları gerçekleştirin. - 74LS94 kaydedici entegre fonksiyon tablosundan (function table) faydalanarak entegre bacaklarının hangilerinin ne şekilde kullanıldığını da göz önünde bulundurarak bu devrenin ne maksatla tasarlandığını belirlemeye çalışın ve açıklayın. 3- S3 anahtarına basıp bırakın ve yine LED lerin hangilerinin yandıklarını belirtin. 4- S anahtarı 0 konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 5- S anahtarı konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 6- S anahtarı 0 konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 7- S anahtarı konumunda iken S anahtarına basıp bırakınız ve Tablo de ilgili satırı doldurun. 8- Yukarıdaki gözlemlerinize göre her bir saat darbesi eşliğinde S anahtarı ile girişte uygulanan verinin LEDler yardımıyla çıkışta ne şekilde belirdiklerini açıklayın. Vcc=5V R3 330 R4 330 R5 330 R6 330 S R k D D D3 D4 R k Vcc Q A Q B Q C Q D CLOCK S S 0 74LS94 CLEAR Inp serial R A B C D Inp serial L GND S3 S Deney 8 3

41 Tablo : S(D) S(saat) D D D3 D4 0 0 Değerlendirme soruları: - Bu devrede kullanılan LEDler 74LS94 çıkışlarının hangi durumnda (H veya L) yanmaktadırlar, niçin? - Elde ettiğiniz sonuçlara göre Şekil 8. deki devre hangi yöne (sağ veya sol) kaydırma fonksiyonu gerçekleyen bir kaydedici devresidir. 3- Bu çalışmadan öğrendiğiniz bilgiler ışığında seri/paralel dönüştürücü bir devreyi nasıl tasarlarsınız, açıklayınız. 4- Bu devrenin kaydırma yönünü değiştirmek için tasarımda ne gibi bir değişiklik gerekir, açıklayın. 3: Kaydırmalı Kaydedici İle 3-bit Paralel/Seri Dönüştürücü Tasarımı: Deneyin yapılışı - Bu çalışmada öğrendikleriniz ışığında bir 3-bit paralel/seri dönüştürücü devresini 74LS94 kaydedicisi kullanarak ne şekilde gerçeklersiniz? Tasarımınızı laboratuvar sorumlunuz ile tartışıp, çalışacağına karar verdikten sonra devrenizi gerçekleyiniz. - Bu tasarımınızı 4-bit olarak geliştirmek isterseniz devrede ne tür bir değişiklik (eklenti) yapmak gerekir, açıklayınız. Deney 8 4

42 DENEY 9 ANALOG/ DİGİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜ. Deneyin Amacı Analog dünya ile digital dünya arasındaki bilgi alış-verişini, digital bir işaretin analog işarete ve analog bir işaretin digital işarete nasıl dönüştürülebileceğini öğrenciye kavratmak, ihtiyaç duyduğunda bu devreleri gerçekleştirip, çalıştırabilme becerisini kazandırmak.. Teorik Bilgi.. Giriş Herhangi bir alanda çalışırken verinin hem digital hem de analog biçimiyle karşılaşmak mümkündür. Verinin bazen analog biçimiyle bazen de digital biçimiyle işlenmesi gerekir. Eğer verinin biçimi istendiği gibi değilse, istenen biçime dönüştürülmesi gerekir. Bunun için de çeşitli devreler kullanılır. Digital biçimdeki veriyi analog biçime dönüştürmek için Digital/Analog Dönüştürücü (Digital to Analog Converter, DAC) kullanılırken, analog biçimdeki veriyi digital biçime dönüştürmek için ise Analog/Digital Dönüştürücü (Analog to Digital Converter, ADC) kullanılır... Analog/Digital Dönüştürücü (ADC) Fiziksel bir sistemden alınan bilgilerin digital olarak saklanması veya işlenmesi gerekli olduğunda ADC kullanılması gerekir. ADC aslında bir kodlayıcı devredir. Girişindeki analog işaretin seviyesine göre çıkışında digital bir kelime üretir. Analog işaretler sonsuz seviyeye sahip olabilmelerine karşın, bu seviyelere karşı düşürülen digital kelimeler sonlu olmak zorundadır. Aksi durumda, sonsuz seviyeyi kodlamak için sonsuz sayıda bit kullanılması gerekirdi. Bir ADC nin çıkış işareti A D (8) R bağıntısıyla verilir. Burada A analog giriş işaretini, R analog referans işaretini ve D digital A çıkış işaretini göstermektedir. Bu ifade bir özdeşliktir ve D nin oranına belli bir R çözünürlük içerisindeki en yakın yaklaşımı olduğunu göstermektedir. Bu bağıntı daha açık olarak Deney 9

43 n+ n ( + a a n + a ) A R a biçiminde yazılabilir. n (9) Analog/Digital dönüşümü için farklı yöntem ve devreler mevcuttur. Her birinin kendine göre avantaj ve dezavantajları vardır. Şekil de Paralel ADC (Flash ADC) olarak adlandırılan, n oldukça hızlı çalışan fakat n bitlik dönüştürücü için devresi verilmektedir. adet karşılaştırıcı gerektiren ADC - + Analog Giriş Referans Gerilimi R R R R R R R I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I I K O D L A Y I C I MSB LSB A A A 0 Digital Çıkışlar Şekil. 3 bitlik paralel ADC Paralel ADC nin çalışması oldukça basittir. Analog işaret, analog kaynaktan akım çekilmesini önlemek amacıyla, bir tampon devreden geçirildikten sonra karşılaştırıcıların (-) girişlerine uygulanır. Karşılaştırıcıların (+) girişlerine ise, referans gerilimine bağlı olarak,. karşılaştırıcının (+) girişindeki gerilimin tam katları uygulanmaktadır. Her bir karşılaştırıcı için, (-) girişindeki işaret (+) girişindeki işaretten büyükse çıkışı lojik 0, değilse lojik seviyesinde olacaktır. Böylece, analog giriş geriliminin o anki değerine bağlı olarak 8 farklı durum söz konusu olabilecektir. Bu 8 durumu kodlamak için ise 3 bit yeterli olacaktır. Kodlayıcı devre, girişlerindeki durumlara göre bu 3 bitin ne olacağına karar veren bir lojik devredir. Lojik kapılar kullanılarak tasarlanabileceği gibi, hazır bir kodlayıcı da kullanılabilir. Şekil de National Semiconductor firması tarafından üretilen 74F48 kodlayıcı entegresinin Deney 9

44 bacak bağlantıları ve ilgili doğruluk tablosu verilmektedir. Şekil de de görüldüğü gibi 74F48 6 bacaklı bir entegredir. 8 alçak aktif girişi ( I 0 I 7 ) olan entegre 3 adet de alçak aktif çıkışa sahiptir. Devrenin giriş kabul edebilmesi için giriş Şekil. 74F48 entegresinin bacak bağlantıları ve doğruluk tablosu yetkilendirme girişinin (Enable Input, EI ) aktif, yani alçak olması gerekir. Bu yüzden sürekli olarak alçak konumda tutulmalıdır. Grup sinyal çıkışı (Group Signal Output, GS ), girişlerden herhangi birinin alçak olması halinde alçak aktif olur. Çıkış yetkilendirme (Enable Output, EO ) ise girişlerin hepsinin yüksek olduğu durumda alçak aktif olur. Bu deneyde GS ve EO çıkışları kullanılmayacaktır. V CC besleme gerilimi +5 volt olarak alınacaktır. 3. Hazırlık Soruları Aşağıdaki soruları çizgisiz A4 kâğıda cevaplamış olarak deneye geliniz. a) Yaptığınız bir devrede kullanmak üzere ADC seçerken nelere dikkat etmeniz gerektiğini nedenleri ile birlikte yazınız. b) ADC yöntemleri hakkında araştırma yaparak özet bilgi veriniz. c) Bir işaretin tepeden tepeye genliği en fazla 0 mv olabilmektedir. Bu işaretin 0 μv çözünürlükle digitale çevrilebilmesi için kullanılması gereken ADC en az kaç bitlik olmalıdır? 4. Deney İçin Gerekli Malzemeler. C.A.D.E.T. deney seti. Voltmetre 3. x LM F48 kodlayıcı 5. 7 x kω direnç 6. Yeterli miktarda bağlantı teli Deney 9 3

45 5. Deneyin Yapılışı - Şekil de verilen devreyi 74F48 kullanarak ve R = kω alarak kurunuz. Referans gerilimini V R = 5 volt alınız. Çıkışları (A 0 -A ) birer LED e uygulayınız ki seviyeleri rahatlıkla gözleyebilesiniz. Analog giriş işaretini 0 volttan itibaren 0.5 volt adımlarla 5 volta kadar değiştirerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz ve ADC nin transfer fonksiyonunu elde ediniz. V g Çıkışlar [Volt] A A A A A A Çıkışlar Giriş [V] Deney 9 4

46 DENEY 0 DİGİTAL/ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜ. Deneyin Amacı Analog dünya ile digital dünya arasındaki bilgi alış-verişini, digital bir işaretin analog işarete ve analog bir işaretin digital işarete nasıl dönüştürülebileceğini öğrenciye kavratmak, ihtiyaç duyduğunda bu devreleri gerçekleştirip, çalıştırabilme becerisini kazandırmak.. Teorik Bilgi.. Giriş Herhangi bir alanda çalışırken verinin hem digital hem de analog biçimiyle karşılaşmak mümkündür. Verinin bazen analog biçimiyle bazen de digital biçimiyle işlenmesi gerekir. Eğer verinin biçimi istendiği gibi değilse, istenen biçime dönüştürülmesi gerekir. Bunun için de çeşitli devreler kullanılır. Digital biçimdeki veriyi analog biçime dönüştürmek için Digital/Analog Dönüştürücü (Digital to Analog Converter, DAC) kullanılırken, analog biçimdeki veriyi digital biçime dönüştürmek için ise Analog/Digital Dönüştürücü (Analog to Digital Converter, ADC) kullanılır... Digital/Analog Dönüştürücü (DAC) Bir analog devrenin girişine uygulanacak işaretin ya analog olması yada devrenin girişinde DAC olması gerekir. Eğer devrenin girişinde DAC yoksa ve işaret digital ise, işaretin analog biçime çevrilmesi şarttır. Digital/Analog dönüştürücü aslında bir kod çözücü devreden başka bir şey değildir. DAC, girişlerine uygulana digital kelimeye karşılık çıkışında analog bir değer verir. DAC ın girişi ile çıkışı arasındaki ilişki, A = RD () ile verilebilir. Burada D dönüştürücü girişine uygulanan digital işareti, R analog referans işaretini ve A ise analog çıkış işaretini göstermektedir. Eğer D digital işareti D = a 3 n+ n + a + a a n + an () olarak alınırsa, DAC çıkışı 3 n+ n A = R( a + a + a a n + a ) (3) Deney 0 3 n

47 olur. Elde edilen bu son denklem bir ikili digital/analog dönüştürücünün transfer fonksiyonunu göstermektedir. Şekil de basit bir DAC devresi görülmektedir. MSB R R/ R 4R - V o LSB 8R e e + - e + - e 0 Şekil. 4 bitlik basit bir DAC devresi Şekil deki DAC devresinin çıkış gerilimi için V o e3 = R e3 = e e e0 R R 4R 8R e e e (4) yazılabilir. Burada e 0, e, e ve e3 gerilim kaynakları ikili 0 ve işaretlerine karşı düşmek üzere 0 volt veya E volt değerlerini alabilirler. Örneğin, ikili sayı 00 ise çıkış gerilimi 0E volt, ikili sayı ise çıkış gerilimi 6 bit (Least Significant Bit, LSB) Significant Bit, MSB) ise 5E volt olacaktır. Bu devrede en anlamsız 6 E volt değerine karşılık gelirken, en anlamlı bit (Most 6 E volt değerine karşılık gelmektedir. Toplam en büyük değer ise, 5E E = 4 volt değerine karşılık gelir. Böyle bir devre ile çok bitlik bir 6 dönüştürücü yapmak, R, R, 4R, 8R, 6R, 3R, 64R şeklinde elde edilmesi zor direnç değerleri gerektirdiği için pratik değildir. Uygulanabilirliği daha yüksek olan ve merdiven tipi DAC olarak adlandırılan bir devre Şekil de verilmiştir. Merdiven tipi devrenin en önemli özelliği, bütün düğüm noktalarından sola ve sağa doğru bakıldığında görülen eşdeğer direncin hep R olmasıdır. Dolayısıyla düğüm noktalarından sola ve sağa bölünen akımlar daima birbirine eşit olacaktır. Deney 0

48 3R R R R 3 R 4 R R R R R I d - + V o + - e LSB e e e3 - MSB Şekil. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi Burada e 0, e, e ve e3 kaynakları en anlamsızdan en anlamlıya doğru olmak üzere digital girişleri göstermektedirler. Şimdi digital girişler ile analog çıkış arasındaki ilişkiyi belirlemeye çalışalım. En anlamlı bite karşılık gelen e 3 = E volt, e 0 = e = e = 0 volt olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3 (a) ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise, R I/ + - I/ R I e 3 R I/ R I/ + - R I R e R I/4 R I/4 (a) (b) Şekil 3. Eşdeğer devreler e3 e3 I = = R + R 3R I e3 I d = = 6R e3 Vo = I d 3R = E Vo = volt volt (5) Deney 0 3

49 olarak hesaplanır. İkinci en anlamlı bite karşılık gelen e = E volt, e = e = e 0 volt olsun. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3 (b) ile verilebilir. Çıkış gerilimi ise, 0 3 = e e I = = R + R 3R I e I d = = 4 R e Vo = I d 3R = 4 E Vo = volt 4 volt (6) olarak hesaplanır. Benzer şekilde diğer bitler için çıkış gerilimleri hesaplanacak olursa, üçüncü en anlamlı bit için çıkış gerilimi V o V o E = volt ve en anlamsız bit için çıkış gerilimi 8 E = volt elde edilecektir. Toplamsallık teoremi kullanılarak devrenin genel çıkış ifadesi 6 yazılacak olursa; e3 e e e0 V o = (7) elde edilecektir. Dikkat edilirse bu ifade, Şekil ile verilen devrenin çıkış ifadesi ile aynıdır. Merdiven tipi DAC devresinde değişiklik yapılarak istenilen uzunlukta dönüştürücü yapılması mümkündür. İhtiyaç duyulacak malzeme sadece R ve R değerli dirençler olacaktır. 3. Hazırlık Soruları Aşağıdaki soruları çizgisiz A4 kâğıda cevaplamış olarak deneye geliniz. a) Bir DAC için çözünürlük, doğrusallık, kararlı hale geçme süresi terimlerinin ne anlama geldiğini araştırınız. b) DAC0808 entegresi hakkında bilgi toplayınız ve bir uygulama devresi elde ediniz. c) 5 bitlik bir DAC için en anlamlı ve en anlamsız bitin değeri nedir? d) 5 bitlik merdiven tipi DAC devresinde E = 0 volt olduğuna göre 00 kelimesi neye karşılık gelir? 4. Deney İçin Gerekli Malzemeler. C.A.D.E.T. deney seti. Voltmetre entegresi 4. Değişik değerli dirençler 5. Yeterli miktarda bağlantı teli Deney 0 4

50 5. Deneyin Yapılışı +5 V k k 4k 8k 500Ω - + V o D 3 D D D 0 Şekil 5. 4 bitlik DAC devresi - Şekil 5 te verilen devreyi CADET seti üzerinde kurunuz. Lojik anahtarlar yardımıyla D 3 D D D 0 digital kelimesinin alabileceği bütün durumlar için V o çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki tabloya kaydediniz. Devrenin girişi ile çıkışı arasındaki ilişkiyi gösteren transfer fonksiyonunu elde ediniz. V o D 3 D D D 0 [Volt] Çıkış [Volt] D D D D Girişler Deney 0 5

51 3k k k 3 k 4 k - V o +5 V k k k k k + D 3 D D D 0 Şekil 6. 4 bitlik merdiven tipi DAC devresi - Şekil 6 da verilen devreyi CADET seti üzerinde kurunuz. Lojik anahtarlar yardımıyla D 3 D D D 0 digital kelimesinin alabileceği bütün durumlar için V o çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki tabloya kaydediniz. Devrenin transfer fonksiyonunu elde ediniz. V o D 3 D D D 0 [Volt] Çıkış [Volt] D D D D Girişler 3-. ve. maddede elde ettiğiniz ölçüm sonuçlarını ve transfer fonksiyonlarını karşılaştırınız. Hangi devre ile elde edilen sonuçlar istenilen sonuçlara daha yakındır? Nedenini açıklayınız. Deney 0 6