Achtung: Übung Nr. D1. Inhaltsverzeichnis

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1 Fakultät für Physik Prof. Dr. M. Weber, Dr.. abbertz L. Ardila Perez, P. Pstner, D. avoiu, B. iebenborn 3. November 7 Übung Nr. D Inhaltsverzeichnis. L-Gatter Gatterschaltungen für die EXO-Funktion Bistabile ippschaltungen aus L-Gattern M-Flipops aus L-Gattern Binärzähler und Untersetzer Digitale Addition und ubtraktion Achtung: Bei der Inbetriebnahme von L-Bausteinen ist zu beachten, dass der Anschluss VCC mit +5 V, der Anschluss GND mit Masse zu verbinden ist! Eingänge sollten immer zwischen diesen zwei Grenzspannungen liegen!. L-Gatter Der chaltzustand eines L-Bausteins lässt sich mit dem Oszilloskop oder der optischen Anzeige nach Abb. darstellen. Der Funktionsgenerator kann mit weniger als Hz betrieben werden. Ist dies zu schnell, wird der Eingangspegel der chaltungen mit einem chalter gewechselt bzw. mit abeln auf VCC oder GND gesteckt. 470 Abbildung : a) Optische Anzeige der chaltwerte von L-Ausgängen und b) das von uns verwendete Zeichen eil : Eingangsstufe Die Arbeitsweise von L-Eingangsstufen lässt sich anhand von Abb. in diskretem Aufbau untersuchen. Dabei ist entbehrlich. Der Basisstrom von 3 ist durch einen chutzwiderstand (3.3 kω) zu begrenzen. Der Eingang wird oen gelassen ( 3 sättigt), an +5 V gelegt ( leitet invers, 3 sättigt) oder an Masse gelegt ( leitet normal, 3 sperrt). Messen ie jeweils die pannungen U B und U y um Auskunft über die jeweiligen Zustände der ransistoren zu bekommen.

2 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 5V 3k3 k U B y 3k3 3 Abbildung : Prinzipschaltung einer L-Eingangsstufe mit diskreten omponenten U Uy /4 N7400 L khz, V V CC Abbildung 3: estaufbau zur Ermittlung der statischen ennlinien von L-Gattern (gestrichelt: Die Verschaltung von Lastwiderständen) eil : Übertragungskennlinien von L-Gattern Die statischen Übertragungskennlinien von L-Gattern werden mit einem Dreiecksgenerator (mit positiven pannungen!) dargestellt, wobei das Oszilloskop im -y-betrieb arbeitet (s.abb. 3). Untersuchen ie zwei Gatter der Bausteine N7400 (NAND), N740 (NO), N7486 (EXO) oder N743 (NAND mit chmitt-rigger). Benutzen ie hierbei Bausteine gleicher Entwicklungsgenerationen (74 oder 74L). Ändern sich die ennlinien, wenn jeweils einem Gattereingang ein zeitlich konstanter chaltwert zugeordnet wird (an Masse, frei oder an +5 V)? esten ie mit verschiedenen Lastwiderständen im Bereich von. kω bis hinunter zu 00 Ω zu Masse bzw. VCC, wann die Ausgangstreiberfähigkeit des Bausteins nicht mehr ausreicht die zuverlässigen chaltwerte von 0.8 V bzw..0 V zu garantieren.. Gatterschaltungen für die EXO-Funktion Die Äquivalenz der chaltungen gemäÿ Abb. 4 kann mit den L-Bausteinen N7400 (NAND, NO), N740 (NO), N7408 (AND) und N743 (O) nachvollzogen werden. ontrollieren ie die Wahrheitstabelle der EXO-Funktion ab. mit allen drei Gatterschaltungen. Das O-Gatter realisiere man im Bedarfsfall aus zwei NO-Gattern: a + b = a + b.

3 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 3 y abelle : Wahrheitstabelle der EXO-Funktion y y y Abbildung 4: Drei Gatterschaltungen für die EXO-Funktion.3 Bistabile ippschaltungen aus L-Gattern eil : Bei der Verizierung der Funktionstabelle der -Flipops in Abb. 5 sind die Eingangs- und Ausgangszustände durch LED's gemäÿ Abb. anzuzeigen. eil : Bei dem Betrieb des D-Flipops in Abb. 6 ist der Eingang D über einen Widerstand wechselweise mit Masse und mit +5 V zu verbinden. Bei welchem maimalen Wert von schaltet das Flipop noch zuverlässig? Mit welcher Gröÿe des L-Gatters hängt dieser Wert von zusammen?.4 M-Flipops aus L-Gattern Bei den M--Flipops in Abb. 7 werden chaltzustände mit LED's angezeigt. Der Versuch, den akteingang manuell zu betreiben (Verbinden und Lösen von mit bzw. von Masse) muss scheitern, da durch ontaktprellen die an und angelegten Zustände unbeobachtbar schnell auf das lave-flipop übertragen werden. Erst das Vorschalten eines D-Flipops gemäÿ Abb. 6 vor den akteingang ermöglicht einen an den LED's ablesbaren Betrieb. eil : Die Funktionstabelle 4 ist zu überprüfen. eil : Unter Hinzunahme zweier AND-Gatter kann das -Flipop zu einem entsprechenden - Flipop erweitert werden (Abb. 8). Verizieren ie Funktionstabelle unverändert verboten abelle : Funktionstabelle des -Flipops

4 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 4 / N740 / N7400 Abbildung 5: -Flipops aus a) NO- und b) NAND-Gattern und die zug. chaltsymbole D n n frei n n abelle 3: Funktionstabelle des D-Flipops D D / N7400 Abbildung 6: D-Flipop mit chaltsymbol n n 0 0 n n verboten abelle 4: Funktionstabelle des M--Flipops n n 0 0 n n n n abelle 5: Funktionstabelle des --Flipops

5 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 5 Master lave 9/4 N7400 Abbildung 7: Negativ taktzustandsgesteuertes M--Flipop mit Diodenanzeige gemäÿ Abb. /4 N7408 9/4 N7400 Abbildung 8: Negativ taktzustandsgesteuertes --Flipop mit Diodenanzeige gemäÿ Abb. Abbildung 9: chaltsymbol für a) M--Flipop und b) --Flipop

6 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) INPU A a INPU B b c d A B C D CL CL CL CL N Binärzähler und Untersetzer Abbildung 0: Ein integrierter 4-Bit-Binärzähler a b c abelle 6: Funktionstabelle des Halbaddierers Der Baustein N7493 in Abb. 0 enthält vier negativ ankengetriggerte M--Flipops mit gemeinsamer ücksetzung CL = 0. Flipop A kann getrennt betrieben werden, während B bis D intern verbunden sind. Die vorbereitenden Eingänge (,) liegen auf. Zum Betrieb des 4-Bit-Binärzählers ist der Funktionsgenerator mit niedriger Frequenz, z.b. Hz zu betreiben. eil : Durch Verbinden der Ausgänge b und d mit 0 bzw. erhält man eine 84- oder BCDkodierte Dekade und damit auch einen :0-Frequenzuntersetzer. Wo kann man diese Frequenz ablesen und mit welchem astgrad, wobei der astgrad deniert ist als das Verhältnis von Impulsdauer τ zu Periodendauer? eil : Wie erhält man :3-, :9- und :-Frequenzuntersetzer und welche astgrade haben diese? eil 3: Wird der Ausgang d mit beiden Eingängen 0 und verbunden, so erhält man an c einen :8-Frequenzuntersetzer. Untersuchen ie mit dem Oszilloskop, bis zu welcher am Frequenzgenerator eingestellten Eingangsfrequenz der Zähler noch zuverlässig funktioniert. Erhöhen ie diese Frequenz dazu um jeweils eine Dekade bis maimal MHz. Bis wohin arbeitet der Zähler noch?.6 Digitale Addition und ubtraktion eil : Beim Aufbau und der Überprüfung der Funktionstabelle 6 des Halbaddierers in Abb. sind ein EXO-Gatter (/4 N7486) und ein AND-Gatter (/4N7408) (s.abb. ) zu verwenden.

7 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 7 HA Abbildung : a) chaltung und b) ymbol des Halbaddierers a b c abelle 7: Funktionstabelle des Volladdierers eil : Der Volladdierer in Abb. berücksichtigt den zusätzlichen Übertrag und besteht aus zwei Halbaddierern. Er lässt sich aber einfacher aus zwei EXO-Gattern (/ N7486) und drei NAND- Gattern (3/4 N7400) nach Abb. 3 aufbauen. eil 3: Ein integrierter 4-Bit-Volladdierer N7483 (Abb. 4) ist in Betrieb zu nehmen und zwei Dualzahlen in natürlicher Darstellung sind zu addieren. eil 4: Bei Betrieb des N7483 als ubtrahiernetz nach Abb. 5a) sind die Eingänge B sowie c 4 durch zusätzliche NO's (z.b. 5/4 N7400) zu invertieren. oll die Dierenz D = A B nicht in der 5-Bit- Darstellung, D (5), sondern in der tandarddarstellung, D (5), erscheinen, so ist die chaltung durch vier EXO-Gatter (N7486) zu ergänzen (eilbild b). Wie erzielt man dann die Anzeigen +0 und -0?

8 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 8 ( + ) HA + HA VA Abbildung : a) Aufbau eines Volladdierers aus zwei Halbaddierern und b) ymbol Abbildung 3: Volladdierer mit Einzelgattern c 4 Σ 4 Σ 3 Σ Σ c 3 c VA VA VA VA c c 0 MB Σ LB C N C 0 A 4 B 4 A 3 B 3 A B A B MB A B LB Abbildung 4: a) der 4-Bit-Volladdierer N7483 und b) symbolische Darstellung

9 Praktikum zur Vorlesung Elektronik für Physiker (Digitalelektronik) 9 sgn D (5) sgn D (5) C 4 N7483 C 0 C 4 N7483 C 0 A B A B Abbildung 5: ubtrahiernetz zur Bildung von D = B A in a) der 5-Bit-Darstellung und b) der tandarddarstellung