SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKUELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

Preddiplomski studij

DEKADSKO BROJILO 60 - 0

Konstrukcijske vježbeDigitalna elektronika

Mateo Tokić

Osijek, 2012/2013.

1.

Sadržaj

1. Uvod......................................................................................................................................1

1.1. Zadatak konstrukcijskih vježbi......................................................................................................1

1.2. Izrada konstrukcijske vježbe........................................................................................................1

2. Dekadsko brojilo 60 - 0..........................................................................................................2

2.1. Princip rada sklopa.......................................................................................................................2

2.2. Proračuni.....................................................................................................................................3

2.3. Shema..........................................................................................................................................4

2.4. Popis materijala i troškovnik........................................................................................................5

3. Zaključak............................................................................................................................... 6

4. Literatura.............................................................................................................................. 7

5. Prilozi.....................................................................................................................................8

5.1. Prilog: fotografija izrađenog sklopa.............................................................................................8

2. Uvod

U digitalnoj logici i računarstvu, brojač je uređaj koji pohranjuje (i ponekad prikazuje) broj (količinu) puta

koliko se neki događaj ili proces dogodio, koji je najčešće u vezi sa signalom takta. U elektronici brojači se

mogu jednostavno implementirati koristeći bistabile:

Asinkrono brojilo – nema signala takta, promjena stanja prvog bistabila uzrokuje promjenu stanja

idućeg bistabila.

Sinkrono brojilo – sva stanja bitova se mjenjaju istovremeno sa signalom takta

Dekadsko brojilo – broji kroz 10 stanja po sklopu

Brojilo gore/dolje – brojilo koje može brojati i prema dolje i prema gore, u ovisnosti o upravljačkim

ulazima

Kaskadna brojila, Johnsonovo brojilo, prstenasto brojilo itd..

Svaki od navedenih je koristan za različitu primjenu. Najčešće, brojila su digitalna po prirodi i broje binarno. U

ovoj vježbi iskorištena su brojila 4029 iz CMOS serije koja broje dekadski i prema dolje (namješteno pomoću

upravljačkih ulaza)

2.1. Zadatak konstrukcijskih vježbi

Zadatak konstrukcijskih vježbi je proračunati, nacrtati i spojiti električnu shemu na eksperimentalnoj ili tiskanoj

pločici za brojilo koje će brojiti (dekadski) od 60 do - 0. Prikazom broja - 0 brojilo postaviti u prikaz - 60 na dva

7-segmentna pokazivača (displaya).

2.2. Izrada konstrukcijske vježbe

Konstrukcijska vježba izrađena je na tiskanoj pločici. Tiskana pločica naziv je za sredstvo kojim se mahanički i

električki povezuju elektroničke komponente. Sastoji se od podloge od izolatorskog materijala na kojoj se

različitim postupcima oblikuje vodljiva struktura.

Tiskana pločica upotrebljena u ovom zadatku je jedan je od oblika raznih tiskanih pločica. Ona ima vodljivi sloj

samo s jedne svoje strane, te niz rupa kroz koje se provlače izvodi elektroničkih komponenti. Komponente su se

slagale na strani pločice bez vodljivog sloja, a njihovi izvodi su zatim lemljeni na suprotnoj strani. Takav način

povezivanja komponenti u sklopove je donio veliko povećanje kvalitete izrade u odnosu na izradu do tada kada

su komponente bile izravno povezivane, mogućnost greške se smanjila, a sklop je vrlo pregledan i stoga se lako

provjeri točnost spajanja.

1

3. Dekadsko brojilo 60 - 0

3.1. Princip rada sklopa

Sklop se sastoji od 3 ključna dijela.

1. Izvor signala takta

2. Dekadska brojila

3. BCD - 7 segmentni pretvornici i 7 segmetni pokazivači

Izvor signala takta za odbrojavanje je integrirani krug IC6 (NE555) spojen kao astabil promjenjive izlazne

frekvencije 1 - 10 Hz. Promjenjivu izlaznu frekvenciju uz integrirani krug određuju komponente R1, R2, C1.

Signal takta dovodi se na CLK ulaz (ulaz signala takta) brojila IC1 (4029). Brojilo je pomoću ulaza U/D i B/D

namješteno da broji dekadski i prema dolje (dovođenjem logičke '0', na ulaze B/D i U/D). Također, kako se u

zadatku traži da brojilo broji od točno određene vrijednosti (u ovom slučaju '60', brojila na početku treba

postaviti na početnu vrijednost. To se izvodi dovođenjem kombinacije 0110 (dekadski 6) na ulaze J1-J4 brojila

IC2 (4029) i dovođenjem kombinacije 0000 na ulaze J1-J4 brojila 1.

Drugo brojilo IC2 broji desetice, kao signal takta na CLK ulaz dovodi se signal s izlaza CO (count overflow)

brojila IC1 (4029), odnosno kada se u prvom brojilu dogodi preljev (u ovom slučaju prijelaz s 0 u 9), na izlazu

CO brojila IC1 pojavi logička nula koja aktivira brojilo IC.

Brojila IC1 i IC2 imaju BCD izlaze, odnosno stanje brojila u bilo kojem trenutku dostupno je na BCD izlazima

Q1-Q4. Ti izlazi spojeni su direktno na BCD ulaze integriranih krugova IC3 i IC4 (4511). To su BCD – 7

segmetni pretvornici koji bilo koju BCD znamenku pretvaraju u odgovarajući oblik za prikaz na 7 segmentnim

pokaznicima sa zajedničkom katodom.

Kako se u zadatku traži da se nakon prikaza stanja '00' brojilo opet postavi u stanje '60', to je realizirano pomoću

NI sklopova (74HC00) i D bistabila (4013). Kako je potrebno zaustaviti brojanje na 00, dovoljno je iskoristiti

CO (count overflow) izlaze brojila, oni su aktivni na logičku nulu, pa ih je potrebno invertirati i dovesti na

RESET kontakt bistabila.

Taster za pokretanje brojanja spojen je na SET ulaz D bistabila, s pomoću njega se SET ulaz postavlja u logičku

'1'.

Kako je PE ulaz brojila (preset enable) za postavljanje početnog stanja brojila asinkroni, dovoljno je da brojilo

drži samo sebe u zakočenom stanju kada je prikazano '60'. Brojenje se pokreće promjenom stanja izlaza

dovođenjem logičke 1 na SET ulaz pomoću tastera jer se Q' stanje mjenja u 0, i ne zaustavlja se dok CO izlazi na

oba brojila ne budu u 0, odnosno kada brojilo odbroji do '00', kada se aktivira RESET ulaz bistabila.

2

3.2. Proračuni

Formula za računanje izlazne frekvencije integriranog sklopa NE555 u spoju astabila glasi:

f= 1.44

(R1+2R2 )∗C1

Izabrane su vrijednosti C1 = 10 uFi R2 = 680 Ω, što uz promjenjivi otpornik R1 = 5.6 kΩ po izračunu daje promjenjivu frekvenciju od 1 do 10 Hz

LE diodama unutar 7 segmentnih pokazivača potrebna je struja ILED = 10 mA uz pad napona od ULED = 1.8 V za

normalan rad. Na izlazu komparatora u stanju logičke „1“ prisutan je napon iznosa U IZL = 4.6 V. Formula za

računanje iznosa otpornika

je:

R5−18=U IZL−U LED

I LED=4.6−1.8

0.01=280ΩIzabrana je najbliža standardna vrijednost od 300 Ω.

Iznos „pull-down“ otpornika R3 izračunava se prema slijedećoj formuli:

R<U IL

I IL

R< 1.5V10μA

R<150 000Ω

Izabrana je vrijednost od 39 kΩ kako bi sklop sigurno pravilno radio.

3

3.3. Shema

Shema sklopa nacrtana je u programskom paketu Cadsoft Eagle.

4

3.4. Popis materijala i troškovnik

naziv i proizvođač tip pozicija kol.jed.

cijenaukupno

otpornik Vishay 300R, 0.6W metalfilm R5-R18 14 0,27 1,05otpornik Vishay 39k, 0,6W metalfim R3 1 0,27 0,27Trimer otpornik Piher 5k6 horizontalni mali R1 1 4,00 4,00Otpornik Vishay 680R, 0,6W metalfilm R2 1 0,27 0,27kondenzator WIMA 1uF/63V, elektrolitski C1 1 2,25 2,25Integrirani krug Toshiba 74HC00 IC5 1 1,34 1,34Integrirani krug Texas CD4029 IC1, IC2 2 2,62 6,24integrirani krug Linear NE555 IC6 1 1,79 1,79Integrirani krug Texas CD4511 IC3, IC4 2 4,57 9,14integrirani krug Philips HEF4013 IC7 1 2,42 2,42Plastično podnožje za IC

DIL14- 1 0,83 0,83

Plastično podnožje za IC

DIL16- 5 0,83 4,15

7 seg. pokazivač zaj. katoda, 13 mm

Kingbright SC56-11EWA

D1-D2 2 8,75 17,50

Taster Omron 4x4 mm za pločicu S1 1 3,30 3,30Eksperimentalna

pločica, bušenaVetronit UP830EP

- 1 37,23 37,23

Sveukupno 91,78 kn

5

4. Zaključak

Dekadska brojila su vrlo česti sklopovi u raznim uređajima koji nas okružuju, kao npr. u semaforima i svim

uređajima u kojima je potreban nekakav tip brojanja. Iako je način izrade ove vježbe relativno zastario u odnosu

na FPGA sklopove i mikrokontrolere, odličan je primjer za učenje i shvaćanje digitalne elektronike i digitalnih

sklopova. Smatram da je vježba uspješno izrađena jer brojilo radi kako je predviđeno zadatkom.

6

5. Literatura

[1.] Željko Hocenski, Tomislav Matić, Goran Martinović – Priručnik za laboratorijske vježbe iz digitalne

elektronike; Osijek , 2012.

[2.] http://hr.wikipedia.org/wiki/Tiskana_plo%C4%8Dica

[3.] Digitalna elektronika-logičko i električko projektiranje,prof.dr.Uroš Peruško,Zagreb 1993.

[4.] Poluvodičke komponente i osnovni sklopovi, prof.dr.sc. Švedek Tomislav, dipl.ing. Zagreb., 2001.

[5.] http://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC

[6.] http://www.play.com.br/datasheet/CD4511.pdf

[7.] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/26866/TI/CD4029.html

[8.] http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/HEF4013BP.pdf

7

6. Prilozi

6.1. Prilog: fotografija izrađenog sklopa

8