Digital-Experimentiersystem Indigel

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Heidi Schuler
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1 Digital-Experimentiersystem Indigel Jean-Daniel Pouget Walter Kuhn Institut für Informatik Uni asel Mittlere Straße 4 CH-456 asel 6. Januar 995 Zusammenfassung Das Experimentiersystem Indigel erlaubt es, einfache Schaltungen zu stecken und auszuprobieren. Es finden dabei Standardschaltkreise Verwendung. Im Praktikum wird mithilfe des Systems eine einfache 4-bit CPU aufgebaut und mit Microcode programmiert. Inhaltsverzeichnis Das Indigel-System. Das System Inbetriebnahme Schaltungsaufbau llgemeines zur Elektronik 4. Spannung und Masse Multiplexer Taktgenerierung ufbauhinweise Wahrheitstabellen und Pinbelegungen 6. Tastermodul und DIP-Switches Wahrheitstabellen IC-Pinbelegungen (74HC..., MC45) Register MC rithmetisch-logische Einheit LU MC Indigel. -

2 Das Indigel-System. Das System In einem handlichen Koffer präsentiert sich das Experimentiersystem (ild ). Es besteht aus einer Grundplatte (ild ), einer Menge von daptern mit auteilen und einem Sortiment von Kabeln und Steckern. Mit diesen Hilfsmitteln wird das lötfreie ufbauen von Schaltungen ermöglicht. nders als bei sonstigen Steck-Systemen werden aber nicht die auteile selber, sondern dapter eingesetzt, um eine störungsfreie Kontaktierung zu gewährleisten. ild : Das System Für ein einfaches Verbinden der auteile untereinander und mit der Speisespannung sorgt ein Kreuzschienenverteiler. Ebenfalls in die Grundplatte integriert sind mehrere Taktgeneratoren und eine x 8 LED.. Inbetriebnahme Nach Einstecken des Netzkabels und edienen des Hauptschalters kann an der linken Seite der Grundplatte die Versorgungsspannung (uchse +5V stab.) abgegriffen und mit der uchse u 48V auf der Oberseite verbunden werden. Damit ist die untere Ebene des Kreuzschienenverteilers (ild, Speisespannungsschiene) an die Speisung angeschlossen. - Indigel. -

3 ild : Die Systemplatte. Schaltungsaufbau Nun werden die dapter mit den gewünschten auteilen eingesetzt. Die obere Ebene des Kreuzschienenverteilers (ild, Signalschiene) gewährleistet die Verbindung zu weiteren nschlusspunkten. Von dort aus kann mit Kabelsteckern weiterverbunden oder mit Kurzschlusssteckern die Speisung abgegriffen werden. Für Taktgesteuerte Schaltungen können verschiedene Frequenzen (Hz - khz) von den internen Oszillatoren bezogen werden. ls nzeige für die Resultate und zum Testen der Schaltung dienen die LED s, die durch Verbinden der entsprechenden nschlüsse angesprochen werden können. platte adapter chip kurzschlussstifft signalschiene kabelstecker speisespannungs-schiene ild : Querschnitt durch die Systemplatte - Indigel. -

4 llgemeines zur Elektronik. Spannung und Masse Die IC s, die wir verwenden, haben alle eine sogenannte corner-pinning-speisungsbeschaltung. Das bedeutet nichts anderes, als dass am letzten nschluss (=pin) (entweder 4, 6 oder 4) +5V (= ) und am nschluss der punktsymmetrisch gegenüberliegenden Ecke (entweder 7, 8 oder ) V (=) anzulegen sind.. Multiplexer Der Multiplexer/Demultiplexer (MC45) hat zwei V-nschlüsse. Dieser austein besteht aus zwei Teilen: einem digitalen Teil mit dem dressdekoder und einem analogen Teil mit den Schaltern. Diese Schalter können (wie mechanische Schalter) (fast) beliebige Signale durchschalten. Die Signale beziehen sich oft auf ein anderes Null-Potential (nschluss 7) als jene des digitalen Teils (nschluss 8). In unserem Fall wird der austein als rein digitaler Dekoder eingesetzt und deshalb werden beide nschlüsse (7 und 8) auf V gelegt.. Taktgenerierung In unserer CPU setzen wir einen Vorteiler (durch 6) ein, damit - bei Verwendung des Hz-Taktes - die bläufe noch mitverfolgt werden können. ei manueller Taktung ist eine Takt-Teilung nicht nötig, so dass der Zähler etwas anders angeschlossen werden kann (muss aber nicht). (s. ild Schaltung des Vorteilers ).4 ufbauhinweise eachte bitte folgende Punkte beim schrittweisen (=übungsweisen) ufbau der CPU: stecke alle IC s (die zum au der CPU verwendet werden) wie auf dem Lageplan angegeben, auch wenn in manchen Übungen nur probiert wird verwende stets die kürzest möglichen Kabel, Kabel die zusammengehören, sollten dabei die gleiche Farbe haben. chtung: Schwarze Kabel haben andere Stecker! - Indigel.4 -

5 reset /6 74HC4 reset /6 74HC4 5V V () () clear (4) (5) C (6) D 74HC6 En T En P clear () (7) 5V load (9) Q C clk () 5V V () () clear (4) (5) C (6) D 74HC6 En T En P load clear () (7) (9) 5V Hz clk Q D clk () () clk Q clk () (4) clk Schaltung des Vorteilers (links mit Hz Taktung, rechts mit manueller Taktung) auch Eingänge, die nicht relevant erscheinen, sollten im Zweifelsfall mit einem definierten Pegel (Masse oder 5V) belegt werden. versichere dich, dass alle bisher gesteckten augruppen ordnungsgemäss funktionieren Diese Punkte garantieren zwar keinen fehlerfreien ufbau, aber sie erleichtern uns allen die Übersicht zu behalten und bei der Fehlersuche. Viel Vergnügen! Zu theoretisch? - macht nichts, im Praktikum wird alles klar! - Indigel.5 -

6 Wahrheitstabellen und Pinbelegungen Im folgenden soll für die wichtigsten IC s, die im Praktikum Verwendung finden, Pinbelegung und gegebenenfalls die Wahrheitstabelle angegeben werden. Für die integrierte Schaltung MC458 (LU) wird keine vollständige Wahrheitstabelle angegeben, da diese zu ergänzen Gegenstand einer Übungsaufgabe ist.. Tastermodul und DIP-Switches eim Taster sind (ausser 5V und Masse) nur bis 4 für die ufgaben von Interesse. ei den DIP-Switches ist auf die korrekte eschaltung der usgänge zu achten. Diese werden immer paarweise zusammengeschaltet. U Eingang ext.taster usgang von T T T T4 E7 +5V E6 4 7 U+ U "" T T T T4 "" +V E5 5 6 E7 Vss U Eingang ext.taster usgang von E5 E6 Eingang Not +5V V - Indigel&IC.6 -

7 . Wahrheitstabellen Datenselektor 74HC5 enable R R Y n H X X Z L L L n L L H n L H L C n L H H D n Zähler 74HC6/6 (Decade/inary) CLK CLR ENP ENT Load Function X L X X X Clear X H H L H Count and RC disabled X H L H H Count disabled X H L L H Count and RC disabled H X X L Load H H H H Increment Counter Multiplexer/Demultiplexer MC45 enable C X to X X X X X4 X5 X6 X7 X X X none - IC.7 -

8 . IC-Pinbelegungen (74HC..., MC45) HC HC HC4 74HC HC 74HC ripple carry out CLER CLOCK Q Q Q Q C D 74HC6 D D D D C D enable T LOD enable P ripple carry out CLER CLOCK Q Q Q Q C D 74HC6 D D D D C D enable T LOD enable P E n E n R R 74HC5 D, C,,, Y, D, C,,, Y, IC.8 - X X X X out/in MC45 X X X X 5 C En

9 .4 Register MC458 clk W en W W R R R R en en D n n n X X X X X X X X no change no change X X X X X X X X X Z Z X X X X X X X X no change no change X X X X X X X no change no change D n R n Reg. n Reg. n no change Reg. n Reg. n ist die ansteigende Flanke eines Pulses; ist die abfallende Flanke eines Pulses; X steht für don t care (V oder 5V); Z steht für high z (hoch ohmig - in diesem Zustand sind die usgänge abgeschaltet, d.h. sie führen keine Spannung, es darf also eine externe Spannung angelegt werden, ohne dass der austein Schaden nimmt.) en Q Q en W en D clockr R decoder R R W W MC IC.9 -

10 .5 rithmetisch-logische Einheit LU MC458 Diese Tabelle ist im Praktikum zu vervollständigen Function Select Logic Function rithmetic Function I I I I (MC = H) (MC = L,C in = H) L L L L L L L H + L L H L + L L H H logic L H L L plus L H L H ( + ) plus L H H L minus minus L H H H minus H L L L + plus H L L H H L H L ( + ) plus H L H H minus H H L L H H L H + ( + ) plus H H H L ( + ) plus H H H H + steht für ein logisches ODER; die Form für ein logisches UND; steht für ein logisches EXCLUSIV-ODER G MC458 I I I I P C out = Cin MC Z IC. -

11 rithmetisch-logische Einheit LU MC458 Vollständige Tabelle Function Select Logic Function rithmetic Function I I I I (MC = H) (MC = L,C in = H) L L L L L L L H + + L L H L + L L H H logic minus L H L L plus L H L H ( + ) plus L H H L minus minus L H H H minus H L L L + plus H L L H plus H L H L ( + ) plus H L H H minus H H L L logic plus H H L H + ( + ) plus H H H L + ( + ) plus H H H H minus + steht für ein logisches ODER; die Form für ein logisches UND; steht für ein logisches EXCLUSIV-ODER G MC458 I I I I P C out = Cin MC Z IC. -

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