de Historie v/d Radi

■

=

*!

:'

i

Digitale klokschakelingen

M®

Ë1BU0TH.--1'N.V.H-B-

HERBERT BERNSTEIN

Digitaleklokschakelingentheorie en praktijk van klokschakelingen met TTL-bouwstenen

Kluwer Technische Boeken B.V. Deventer - Antwerpen

\

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelij­ke toestemming van de uitgever.

Vertaling: Wim Kraan Redactie: Peter-Paul Mastboom

ISBN 90 201 1102 7

Oorspronkelijke titel: Integrierte Uhrenschaltungen in TTL- Technik

No part of this book may be reproduced in any form, by print, photoprint, microfilm or any other means without written per- mission from the publisher.

© 1977 Verlag Frech Stuttgart - Botnang © 1979 van de Nederlandse vertaling bij Kluwer Technische Boeken B.V. Deventer

Ondanks alle aan de samenstelling van de tekst bestede zorg, kan noch de redactie noch de uitgever aansprakelijkheid aan­vaarden voor eventuele schade, die zou kunnen voortvloeien uit enige fout, die in deze uitgave zou kunnen voorkomen.1e druk 1979

mm: '

Inhoudsopgave

klokken ..............................................Monoflops (monostabiele multivibra-tor of one-shot) ................................Schmitt-trigger ................................Diode-matrix .....................................

1.4 Frequentiedeler-componentenSN 7490 N, SN 7492 N en SN 7493 N De beginselen van de frequentiedeler Geïntegreerde tellercomponentSN 7490 N ..........................................Geïntegreerde tellercomponentSN 7492 N ..........................................Geïntegreerde tellercomponentSN 7493 N ..........................................Frequentiedeler 1:12 ........................Frequentiedeler 1:24 ........................

1.5 Decoders ..........................................Decoder SN 74 141 N ........................Decoder SN 7442 N .......................Decoders SN 7445 N en SN 74 145 N Decoders SN 7446 N en SN 7447 N

1 Bouwelementen voor digitale klokken in TTL-techniek .................................

1.1 Poortfuncties ......................................NIET-poort (invertor) ........................Niet-inverterende stuurtrappen (drivers)EN-poort (AND-gate) .......................OF-poort (OR-gate)............................NEN-poort (NAND-gate)...................NOF-poort (NOR-gate)........................Antivalentie- en equivalentiepoort

1.2 Flipflops...............................................NEN-geheugen-flipflop ...................NOF-geheugen-flipflop ...................NEN-latch-flipflop .............................NOF-latch-flipflop .............................D-flipflop van een NEN-latch-flipflopJK-flipflop ...........................................Flankgetriggerde JK-flipflop . . .T-flipflop ...........................................Meester-Slaaf-flipflop........................

1.3 Bijzondere componenten voor TTL-

289

2893393511

1212 35

35141617 3719

40192021 4322 44

4522462347235125522653

Decoder SN 7448 N............................De speciale decoders 8 T 50 en 8 T 70

1.6 Uitleeseenheden................................Cijferbuizen .....................................Fluorescentie-buizen .......................LED-uitleeseenheden .......................Vloeibaar-kristal-uitleeseenheden

1.7 Algemene gegevens van de TTL-serie7400 ...................................................Aanwijzingen voor het gebruik . .Wijze van inbouwen .......................

58 2.6 Multiplex-bedrijf van LED-uitleeseen­heden ...................................................59 99

6363 3 Klokschakelingen in TTL-techniek 103

3.1 Klokschakeling met ZM 1040 cijferbui­zen ..............................................

3.2 Klokschakeling met cijferbuisZM 1242 ..........................................

3.3 24-uurs-klok met vier fluorescentie-buizen ..............................................

3.4 24-uurs-klok met zes cijferplaatsen en een fluorescentiebuis van DG 61 A. . 110

3.5 24-uurs-klok met 4 cijferplaatsen en GaAs-uitleeseenheden DL 747 . . . 112

3.6 24-uurs-klok met 6 cijferplaatsen en GaAs-uitleeseenheden DL 707 . . . 112

3.7 Datumaanwijzing3.8 Dagaanduiding

6670 10376

1058080 10781

2 Fundamentele schakelingen voor elek­tronische klokken ............................

2.1 Tijdbasis..............................................Netfrequentie als tijdbasis .... Kwartsgestuurde oscillators . . . .

2.2 Netvoedingen.....................................2.3 Complete voeding met tijdbasis . .2.4 Statische sturing van uitleeseenheden

Statische sturing van Nixie-buizen Statische sturing van Gallium-Arseni-de-uitleeseenheden............................Statische sturing van fluorescentie-bui­zen ........................................................

2.5 Helderheidsmodulatie van LED-uitlees­eenheden ..........................................

81818183 11486 11688

4 Stopwatch-schakelingen in TTL-tech­niek .....................................

4.1 Standaard-start/stop-tijdmeting4.2 Event/time-out-tijdmeting4.3 Taylor/sequential-tijdmeting4.4 Split/cumulatieve-tijdmeting4.5 Multiplex-schakeling voor stopwatch-

schakelingen .....................................

9212292

. 122

. 125

. 127

. 130

92

94

13297

.

{

i

*

_________

1 Bouwelementen voor digitale klokken in TTL-techniek

het laagste spanningsniveau, vroeger met O aangeduid, en de potentiaal H heeft altijd betrek­king op het meer positieve spanningsniveau, vroeger aangeduid met L of 1.

Norm DIN 41 785 voor digitale geïntegreerde schakelingen heeft enkele wijzigingen onder­gaan. De belangrijkste verandering is wel de nieu­we definitie van de logica.

1.1 Poortfuncties

NIET-poort (NOT-gate, invertor)Een NIET-poort inverteert de ingangsinformatie. D.w.z.: een H wordt een L en een L wordt een H. Op afb. 1.1 zien we het schemasymbool van een NIET-poort. De stip op uitgang x duidt de inverte- ring (de negatie) van het teken van de ingangsin­formatie aan. De werkwijze van een NIET-poort kunnen we uit de functietabel afleiden:

Definitie tot nu toe van de positieve logica:1 (of L)0 (of O)Definitie tot nu toe van de negatieve logica:1 (of L)0 (of O)

£ +10 V£ + 1 V

£ + 1 V£ +10 V

L £ low (laagste spanningsniveau)H ^ high (hoogste spanningsniveau)

De opnieuw geformuleerde norm DIN 41 785 kent nog slechts twee mogelijke waarden voor binaire elektrische grootheden:L (Low)H (High) ^ + <»

^ — 00

Voor TTL-componenten met een bedrijfsspan- ning van + l/B = 5 V geldt dan:L = < 1,4 V H = > 2,4 VDe potentiaal L heeft nu dus altijd betrekking op

Afb. 1.1 Schemasymbool van een NIET-poort of invertor.

9

De volgende componenten zijn NIET-poorten of invertors:SN 7404 N SN 4935 N SN 7405 N SN 7405 NS 1

SN 7416 N 6 x invertor (open collector, C/BR^ 15 V)6 x invertor (open collector)6 x invertor

6 x invertor6 x invertor (open collector) 6 x invertor (open collector,

15 V)6 x invertor (open collector, /R = 50 fxA)6 x invertor (open collector, UBR 30 V)

SN 4934 NHet belangrijkste verschil tussen deze acht in­vertors wordt gevormd door de verschillende uit- gangstrappen. Op afb. 1.2 zien we de inwendige schakeling van invertor SN 7404. We zien hier een tegenfase-eindtrap. Het voordeel van een tegen- fase-eindtrap is, dat er geen extra componenten op de uitgang behoeven te worden aangesloten. Op afb. 1.3 zien we de inwendige schakeling van

SN 7405 NS 3

SN 7406 N

730n o +ub<fkn. M IfikCl

r< i uitgangingang x

ingang uitgang a Aa

nx

■o

ikno Jl

Afb. 1.3 Inwendige schakeling van invertor SN 7405.Afb. 1.2 Inwendige schakeling van invertor

SN 7404 N.10

invertor SN 7405 N met een open collector. Om deze schakeling te laten werken hebben we nog een externe weerstand (pull-up resistor) of andere componenten (relais, cijferbuizen) nodig. De maximale uitgangsspanning van de SN 7405 N ligt bij 5,5 V. Overschrijden we deze spanning, dan wordt de uitgangstransistor vernield. Vinden we in het databoek slechts de aanduiding 'open collector', dan geldt over het algemeen een uit- gangs-doorbraakspanning van UBR = 5,5 V.Op afb. 1.4 zien we de inwendige schakeling van invertor SN 7406 N. De maximale doorbraak-

spanning bedraagt 30 V. De maximale collector- stroom door de uitgangstransistor kan /c = 40 mA bedragen.

Niet-in verte ren de stuurtrappen (drivers)Een stuurtrap inverteert de ingangs-informatie niet. Op afb. 1.5 zien we het schemasymbool van

Afb. 1.5 Schemasymbool van een niet-inverterende buffer.

« +Ubo +Ubn3/cnM 2*n uitgang

xuitgangy

x

inganginganga2*nAa

o -L« JL

Afb. 1.4 Inwendige schakeling van de inverterende buffer SN 7406 N.

Afb. 1.6 Inwendige schakeling van de buffer SN 7407 N.

11

een stuurtrap. De volgende componenten zijn stuurtrappen:SN 7407 N

Afb. 1.7 Schemasymbool van een EN-poort met twee ingangen.

6 x stuurtrap (open collector,UBR ^ 30 V)6 x stuurtrap (open collector, Ubr^15V)

Op afb. 1.6 zien we de inwendige schakeling van stuurtrap SN 7407 N, met een doorbraakspan- ning van UBR = 30 V en een maximale collector- stroom van lc - 40 mA.

SN 7417 N

bool van afb. 1.7 luidt:x = a- b

De volgende componenten zijn EN-poorten: SN 7408 N SN 7409 N

4 x EN, elk 2 ingangen 4 x EN, elk 2 ingangen (open collector)4 x EN, elk 2 ingangen (open collector, UBR ^ 15 V)4 x EN, Tri-State-uitgang 4 x EN, Tri-State-uitgang 3 x EN, elk 3 ingangen (open collector)

Op afb. 1.8 zien we de inwendige schakeling van een TTL-EN-poort met open collector.In dit boek zullen we niet op de werkwijze van de Tri-State-uitgang ingaan.

EN-poort (AND gate)Een EN-poort vormt de conjunctieve combinatie van twee of meer ingangen. Op afb. 1.7 zien we het schemasymbool van een EN-poort. De werk­wijze van de EN-poort is in de functietabel weer­gegeven:

SN 7409 NS 1

SN 74 125 N SN 74 126 N SN 74 H 15 N

Nr. b xaL L0 LH L1 LL L2 HH H3 H

OF-poort (OR-gate)Een OF-poort vormt een disjunctieve verbinding tussen twee of meer ingangen. Het schemasym­bool van de OF-poort zien we op afb. 1.9. Uit de

In deze tabel zien we dat zowel op ingang a als op ingang b een signaal moet worden aangeboden, wil de uitgang van de EN-poort een hoog signaal

12 (H) afgeven. De vergelijking voor het schemasym-

!

volgende functietabel kunnen we weer afleiden wat de werkwijze van een OF-poort is:

We zien in de functietabel dat slechts één ingang een H-signaal behoeft te voeren om een H-signaal op de uitgang te doen verschijnen. De vergelijking voor het schemasymbool van afb. 1.9 luidt:

x = a + bDe volgende componenten zijn OF-poorten:SN 7432 N 4 x OF, elk 2 ingangenOp afb. 1.10 zien we de inwendige schakeling vancomponent SN 7432 N.

bNr. a xLL L0HL H1LH H2HH H3

o *Ub[Wnfi 2 hCl [6 ka

£4"bbi.6 ■o +

a ïkn 1300.b o K

a oZS ZS 8000

b o xAfb. 1.8 Inwendige schakeling van EN-poort SN 7409 N.

2S2S a ikn1kO

o XAfb. 1.10 Inwendige schakeling van OF-poort SN 7432 N.D Afb. 1.9 Schemasymbool

■o x van een OF-poortmet twee ingangen.

a o

b13

aan dat de EN-functie door een inversie wordt ge­volgd.De volgende componenten zijn NEN-poorten:SN 7400 N SN 7401 N

NEN-poort (NAND-gate)Het woord NEN is een kunstmatig woord dat niets met de bekende N.E.N. normen heeft te maken. Ons woord NEN is een samenstelling van de eer­der aan bod gekomen begrippen NIET en EN. Het schemasymbool van de NEN-poort zien we op afb. 1.11, en de werkwijze kunnen we uit de vol­gende functietabel af leiden:

4 x NEN, elk 2 ingangen4 x NEN, elk 2 ingangen (opencollector)4 x NEN, elk 2 ingangen (open collector, UBH ^ 15 V)4 x NEN, elk 2 ingangen (open collector)

SN 7401 NS 1

SN 7403 NNr. b xa0 L L H1 L H H2 H L H3 HH L

“b-o +We zien nu dat beide ingangen een H-signaal moeten voeren wil er op de uitgang een L komen te staan. De bij het schemasymbool behorende vergelijking luidt: ___

ïkn. 1300.

fM 1x = a-bDe inversiestreep boven de EN-vergelijking duidt

a ob » X

A A i Mn

■o _LD Afb. 1.11 Schemasymbool ° X van een NEN-poort

met twee ingangen.

Q o-Afb. 1.12a Inwendige schakeling van NEN-poort SN 7400 N.b o-

14

4 x NEN, elk 2 ingangen (open collector, L/BR ^ 15 V)4 x NEN, elk 2 ingangen (open collector, L/BR ^ 15 V)4 x NEN-buffer, elk 2 ingangen 4 x NEN-buffer, elk 2 ingangen 4 x NEN-buffer, elk 2 ingangen (open collector)3 x NEN, elk 3 ingangen

SN 7403 NS 1

SN 7426 N

SN 7437 N SN 4930 N SN 7438 N

SN 7410 N

15

SN 7412 N 3 x NEN, elk 3 ingangen (open collector)2 x NEN, elk 4 ingangen2 x NEN, elk 4 ingangen (opencollector)

de aantallen ingangen en door de verschillende uitgangstrappen. Opafb. 1.12 zien we de inwendi­ge schakeling van SN 7400 N. Deze schakeling heeft een tegenfase-uitgangstrap met een fan-out (maximale aantal op deze uitgang aan te sluiten ingangen) van N = 10. Component SN 7437 N is een NEN-buffer (inwendige schakeling van afb. 1.13) met een tegenfase uitgangsschakeling en een fan-out van N = 30.

SN 7420 N SN 7422 N

SN 7440 N SN 4931 N SN 7430 NHet belangrijkste verschil tussen deze zestien NEN-poorten wordt gevormd door de verschillen-

2 x NEN-buffer, met 4 ingangen 2 x NEN, elk 5 ingangen 1 x NEN, 8 ingangen

NOF-poort (NOR-gate)Het woord NOF is samengesteld uit de begrippen NIET en OF (zoals NOR een samenstelling is van NOT en OR). Het schemasymbool van een NOF- poort zien we op afb. 1.14. De werkwijze is in de volgende functietabel weergegeven:

Ê>a o Afb. 1.14 Schemasymbool van een NOF-poort.o y

b *

—7r°+Ub4AnM73on[W hi’% i Nr. ba x0 L L H

L H1 LH2 L La SZ 3 H H L

b o xDe vergelijking van de NOF-functie is:

x = a + b51\ £ 7xn We hebben de volgende NOF-componenten tot onze beschikking:SN 7402 N

« JLAfb. 1.15 Inwendige schakeling van NOF-poort SN 7402 N. 4 x NOF, elk 2 ingangen16

£> Afb. 1.16 Schemasymbool ■o x van de

antivalentiepoort.

SN 7402 NS 1 4 x NOF, elk 2 ingangen,UBR ^ 6,5 V4 x NOF-buffer, elk 2 ingangen 4 x NOF-buffer, elk 2 ingangen (open collector)4 x NOF, elk 2 ingangen, 50-fi- stuurschakeling 3 x NOF, elk 3 ingangen 2 x NOF, elk 4 ingangen

a ob o

SN 7428 N SN 7433 N e> Afb. 1.17 Schemasymbool

-o x van deequivalentiepoort.

a o

b o-SN 74 128 N

SN 7427 N SN 7425 NOp afb. 1.15 zien we de inwendige schakeling van NOF-poort SN 7402 N.

Antivalentie- en equivalentiepoort Enkele van de meest belangrijke poortfuncties zijn de antivalentie- of exclusive-OR-poort en de equi­valentie- of inclusive-OR-poort. De betekenis van deze beide poortfuncties kunnen we uit de vol­gende functietabelllen afleiden: antivalentiepoort equivalentiepoort

bNr.Nr. b x xaaL L L0 HL L0H L H1 LL H1H H L L2H L2L H H H3H H3

Op afb. 1.16 zien we het schemasymbool van de antivalentiepoort en op afb. 1.17 het symbool van 17

de equivalentiepoort. De vergelijkingen van de beide functies luiden:

x = ab + ab (antivalentiepoort) x = ab + ab (equivalentiepoort)

In de TTL-serie is er slechts één component met 4 antivalentiepoorten, de SN 7486 N, waarvan de logische inwendige schakeling op afb. 1.18 is te zien.

flipflop

niet geklokte FF geklokte FF

enkelgeheugen FF dubbelgeheugen FF

toestandsgestuurde toestandsgestuurde

H+L+HL+H+L

l

r~E3 r"Qflankgestuurde FF met klokingang

Afb. 1.19 Indeling van de flipflops.

meester-slaaf-FFmet statisch tussengeheugen

geheugen FF

18

1.2 Flipflops

Onder een flipflop (afkorting FF) verstaan we een geheugenelement met twee stabiele toestanden, dat ingangsinformatie bij adequate sturing kan opslaan. De opslag van de informatie blijft be­staan tot deze door een puls wordt uitgewist.In het schema van afb. 1.19 zien we een indeling van de flipflops in verschillende soorten. We onderscheiden drie grondindelingen:a. De ongeklokte flipflops of geheugen-flipflops.

Deze flipflops zijn de meest eenvoudige en hebben slechts twee ingangen; de S-ingang (zetten of set) en de R-ingang (terugzetten of reset).

b. De enkelgeheugen-flipflops met een klokin- gang-T. Deze flipflops kunnen we ookopvang- of latch-flipflop noemen. Ze hebben slechts één geheugen en worden via klokingang T ge­stuurd. In plaats van T kan ook het symbool cl (clock) worden gebruikt.

c. De dubbelgeheugen-flipflops die meestal 'meester-slaaf-flipflop' worden genoemd (master-slave-flipflop in het Engels). De mees­ter-slaaf-flipflop (afkorting MS-FF) heeft twee geheugens, een ingangsgeheugen (meester of meestergeheugen) en een uitgangsgeheu-

gen (slaaf of slaafgeheugen). De meester neemt de ingangsinformatie op en geeft deze later aan de slaaf door.

NEN-geheugen-flipflopOp afb. 1.20 zien we de logische schakeling van een NEN-geheugen-flipflop. In de volgende functietabel kunnen we zien wat de werkwijze van deze flipflop is.

QNr. S R Qverboden0 LL HH

1 L H LH2 H L HL

Qn+i opslaanWe bekijken nu nr. 0 van deze tabel wat nader. Wanneer er op beide ingangen S en R een L- signaal staat, dan springen de uitgangen Q en Q onmiddellijk op een H-signaal, omdat voor beide NEN-poorten niet aan de NEN-voorwaarde is

3 H H Qn+1

Afb. 1.20 Logische schakeling van een NEN-geheugen-flipflop.

19

voldaan. In de toestanden 1 en 2 wordt die uitgang L waarvan op de ingang een H staat. Daardoor wordt namelijk aan de NEN-voorwaarde voldaan zodat de uitgang L wordt. In toestand nr. 3 staat op beide ingangen een H-signaal. Daarmee ont­staat de opslagtoestand van de flipflop: de voor­gaande ingangsinformatie wordt geïnverteerd opgeslagen. Het symbool Qn+1 duidt aan dat bij deze ingangscombinatie de uitgangen de toe­stand handhaven die ze op het moment fn+1 had­den. Dit is dus de toestand waarin de flipflop als geheugen werkt, de opslagtoestand.Op afb. 1.21 zien we twee mogelijke schemasym- bolen voor de NEN-geheugen-flipflop, links met inverteringsstippen aan de ingangen, rechts met inversiestrepen boven de R en de S.De volgende componenten zijn NEN-geheugen- flipflops:SN 74 118 N SN 74 279 N

Afb. 1.22 Logische schakeling van een NOF-geheugen-flipflop.

NOF-geheugen-flipflopOp afb. 1.22 zien we de constructie van een NOF- geheugen-flipflop. De werkwijze blijkt weer uit de volgende functietabel:

QQNr. S RQn + 1 opslaanQn+10 L L

L1 L H HH2 H L L

verbodenDe uitgang van een NOF-poort wordt L wanneer op één of beide ingangen een H staat. In toestand nr. 3 hebben beide flipflop-ingangen R en S een H. Beide ingangen zouden daarom een L-signaal moeten afgeven, maar dit kan niet. In deze toe­stand zullen er oscillaties optreden: daarom is de­ze toestand verboden. Staat er óf op de R-ingang óf op de S-ingang een H, dan bevinden we ons in toestand 1 of 2. In toestand 0 staat er zowel op de S- als op de R-ingang een L. Daardoor zal de voorafgaande informatie worden opgeslagen.

L3 H H L

3 Q S a R

QR Q

Afb. 1.21 Schemasymbolen van de NEN-geheugen- flipflop.

20

Op afb. 1.23 zien we het schemasymbool van een NOF-geheugen-flipflop. Q Afb. 1.23 Schemasymbool

- van eenNOF-geheugen-flipflop.

$R

NEN-latch-flipflopPlaatsen we twee NEN-poorten voor een NEN- flipflop dan krijgen we een NEN-latch-flipflop, waarvan de constructie op afb. 1.24 is weergege­ven. De werkwijze van deze flipflop wordt in de volgende functietabel verduidelijkt:

5 ^ o- •° QAfb. 1.24NEN-latch-flipflop.r

QQRNr. STQn+i opslaan Qn+1 opslaan

Qn+1Qn + 1Qn + 1Qn + 1Qn-M

Lö L L t> « QH1 L L R o

Qn+i opslaanQn + 1

2 L H Lopslaan

Qn+i opslaan3 H HL

q Afb. 1.25 Schemasymbool _ van deGt NEN-latch-flipflop.

4 LH L5 H HL L H6 H LH H L

verbodenZolang er een L op klokingang T staat, kan de flip­flop niet worden omgeschakeld. Pas wanneer de klokingang van L naar H is gegaan, kan de flipflop omschakelen. Staat er op ingang S een L en op ingang R een H, dan schakelt de flipflop en komt er op uitgang Q een L en op uitgang Qeen H. Slaat het kloksignaal nu van H naar L om, dan blijft de toestand van de flipflop dezelfde.Worden de signalen op de S- en de R-ingang

7 H H HH Hveranderd, S = H en R = L, dan verandert de uit- gangstoestand van de flipflop niet. Slaat de klok­ingang van L naar H om, dan slaat de flipflop de ingangsinformatie op en staan er de volgende signalen op de uitgangen: Q = H en Q = L. Ingangstoestand nr. 7 is verboden omdat er op beide uitgangen een L-signaal zou komen te staan. Een L-L-combinatie op de uitgang van een NEN-geheugen-flipflop is verboden. Op afb. 1.25 21

de werkwijze van deze flipflop is: Nr. T S R Q Q3 o D * a Qn + 1

Qn+1 Qn+1QH + 1 QH+1

opslaanopslaanopslaanopslaanopslaan

Qn+1Qn+1 Qn + 1 Qn + 1 Qn +1

L L0 LAfb. 1.26NOF-latch-flipflop.

L H1 LrH L2 LH H3 LD o GL4 H LR o-L5 H H H LH6 L L HH

verbodenVoor de NOF-flipflop geldt het schemasymbool van afb. 1.25, onder toevoeging van een inverte- ringsstip op de R- en de S-ingang.

zien we het schemasymbool van een NEN-latch- flipflop. In de praktijk wordt deze flipflop ook wel een geklokte RS-flipflop genoemd.

H H H L L7

NOF-latch-flipflopOp afb. 1.26 zien we een NOF-latch-flipflop. Het geheugen bestaat uit een NOF-geheugen-flipflop waar een EN-poort voor is geplaatst. Uit de vol­gende functietabel kunnen we weer aflezen wat

D-flipflop van een NEN-latch-flipflop De D-flipflop zien we op afb. 1.27. In principe is de­ze flipflop een NEN-latch-flipflop met een ge­meenschappelijke ingang, de D-ingang (d £ de- lay = vertragen). De R-ingang van de latch is via een invertor met de S-ingang verbonden.De werkwijze kunnen we weer uit de volgende waarheidstabel aflezen:

D o■° Q Afb. 1.27

Logische schakeling van de

-o Q D-flipflop.

QQDNr. TT o- Qn+1

Qn + 1Qn+1Qn+1

LL01 L HD- L H2 H L

L22 3 H H H

Een verboden toestand is er niet, deze wordt door de invertor al voorkomen. De D-flipflop wordt ook vaak een tussen-flipflop of een uitlees-flipflop ge­noemd.De volgende componenten zijn D-flipflops:SN 7474 N 2 x D-flipflop (flankgetriggerd)SN 49 702 N 4 x D-flipflop SN 74 173 N 4 x D-flipflop (tri-state-uitgangen). Op afb. 1.28 zien we het schemasymbool van de D-flipflop.

JK-flipflopDe JK-flipflop die we op afb. 1.29 zien, bestaat uit een NEN-geheugen-flipflop met twee NEN-poor- ten aan de ingang. De klokingang T is met beide ingangs NEN-poorten verbonden. Op elke NEN- poort is verder óf de J- óf de K-ingang aangeslo­ten. De derde ingang is een terugkoppeling van de uitgang. De werkwijze kunnen we uit de vol­gende waarheidstabel aflezen:

QT JNr. K QQn+1Qn+1Qn+1Qn+1Qn+1

opslaanopslaanopslaanopslaanopslaan

L L L0 Qn+1 Qn+1 Qn+1 Qn+1 Qn +1

L L1 HL2 H LL3 H HAfb. 1.28 Schemasymbool

van deD-flipflop.

aH4 L La H L HH5 LH H LL6 H

oscilleertStaat er op alle drie de ingangen een H-signaal, dan oscilleert de schakeling. De terugkoppeling zorgt voor de ideale oscillatie-omstandigheden, doordat elke verandering van de uitgangstoe- stand op de ingang wordt teruggevoerd.

H H H7

J o o Q Afb. 1.29 Logische schakeling van een JK-flipflop.

T

GK o- Flankgetriggerde JK-flipflop

Op afb. 1.30 zien we de constructie van een flank­getriggerde JK-flipflop, die op een positieve in- 23

gangsflank reageert. De waarheidstabel verschaft ons duidelijkheid omtrent de werkwijze:

ti. iKJ QNr.LL O,,0

L H L1H L H2

Q„H H3J = J, + J2 + J3 K = K 1 + K2 + K3 tn = tijdstip voor de klokpuls fn+1 = tijdstip na de klokpuls De JK-flipflop heeft conditionele ingangen, die J en K worden genoemd. Met behulp van de klok­puls en de conditionele ingangen kunnen we de flipflop doen omslaan.Bij J = L en K = L blijft de flipflop-uitgang in zijn oorspronkelijke toestand (Qn). Is de ingangs- functie J = H en K = L, dan slaat deflipflop om en wordt de uitgangsfunctie Q = H en Q = L. Draaien we de ingangstoestand om, J = L en K = H dan slaat de flipflop om en krijgen we Q = L en Q =H.De op afb. 1.31 getoonde flipflop heeft nog een extra R- en een extra S-ingang, waarmee de flip­flop onafhankelijk van de klokingang kan worden gereset of geset.24

flop zijn de uitgangen Q en Q kruiselings met de ingangen J en K verbonden. Schakelen we de voeding in, dan komt de flipflop in zijn rusttoe­stand terecht: Q = L en Q = H. Uitgang Q is met conditionele ingang K verbonden en voert een L- signaal. Daardoor staat er alvast een L op ingang K. Springt de klokingang van L naar H, dan zal de flipflop in detoestand Q = H en Q = L springen. Op uitgang Q staat na het omslaan een L-signaal.

L op R heeft tot gevolg: Q = L en Q = H L op S heeft tot gevolg: Q = H en Q = L Omdat deze flipflop met een klokpuls wordt om­geschakeld, zien we in het schemasymbool een scherpe driehoek bij de klokingang. De zwarte balk op de Q-uitgang duidt op de rusttoestand van de flipflop, d.w.z.: schakelen we de voediing in dan komt de flipflop vanzelf in de toestand Q = H en Q = L te staan.De J- en de K-ingang zijn via een EN-poort aan­gesloten.

T-flipflopWe bekijken afb. 1.32 wat nader. Bij deze JK-flip-

<3 aT

-o Q

T | m VA E3 m 77X YZ\ 77,Afb. 1.31 Schemasymbool van eenflankgetriggerdeflipflop.

tJ3'°----r o Q \ Y///A V777X 77,V777A t«3

a ^*7’ V777XY///A V///X t

Afb. 1.32 T-flipflop met pulsdiagram.25

Omdat uitgang Q met conditionele ingang J is verbonden, staat er alvast een L op ingang J. Springt de klokingang van L naar_H, dan komt de flipflop in de toestand Q = L en Q = H.In het pulsdiagram van afb. 1.32 zien we dat de flipflop bij elke L-H-flank omschakelt. Dit voort­durende omslaan wordt ook wel 'toggelen' ge­noemd. De flipflop toggelt in afhankelijkheid van klokingang T. De uitdrukking T-flipflop vindt zijn rechtvaardiging dan ook in het woord toggelen. Omdat de frequentie van het uitgangssignaal exact twee keer zo klein is als die van het ingangs­signaal, kan deze flipflop ook wel een frequen- tiedeler worden genoemd.

formatie opslaat en hetslaaf(slave)-geheugen, dat met een negatieve pulsflank wordt geset en dat de meester-informa- tie overneemt en opslaat.Op afb. 1.33 zien we het principe van een meester- slaaf-flipflop. De linker flipflop is de meester en de rechter is de slaaf. De meester is rechtstreeks op de klokingang aangesloten en de slaaf via een in- vertor.Op ingang S, staat een L-signaal. Bij een L-H- sprong van de klok-ingang wordt de meester-flip- flop geset. De slaaf-flipflop kan niet omschakelen, doordat er op de slaaf-ingang een H-L-sprong heeft plaatsgevonden. De slaaf-ingang is immers via een invertor met de klok verbonden. Na de L- H-sprong van de klok bevindt de uitgang van de

Meester-Slaaf-flipflopIn de digitale elektronica komt het vaak voor dat de informatieopname aan de ingang niet op het­zelfde moment mag geschieden als de informatie- uitgifte aan de uitgang. De informatie-uitgave moet op een wat later tijdstip plaatsvinden.Bij enkelgeheugen-flipflops wordt de schakeltoe- stand van de flipflop door een negatieve of een positieve klokpuls veranderd. Dubbelgeheugen- flipflops hebben twee geheugens Het meester(master)-geheugen, dat met een posi-

26 tieve pulsflank wordt geset en dat de ingangsin-

T o

5 I---- o-------- 5 I—o 0.2>~J07=62 -r m-zr°--------r ■—o a2

■ ■ Qj = R 2 » ^

Afb. 1.33 Meester-slaaf-principe met RS-flipflops.

S1 o

R-) o

meester zich in de volgende toestand: Q, = L en Qi = H.Omdat de uitgangen van de meester met de ingangen van de slaaf zijn verbonden, staan deze signalen ook op resp. de S- en de R-ingang van de slaaf. Springt het kloksignaal nu van L naar H dan gebeurt er niets met de meester, maar de in- vertor zet een H-L-sprong in een positieve flank om die aan de slaaf wordt doorgegeven. De slaaf zal daardoor omschakelen en de uitgangstoe- stand van de meester overnemen: Q2 = L en Q2 = H.Op afb. 1.34 zien we het tijddiagram van een meester-slaaf-flipflop. De vertragingstijd die door een enkele poort wordt veroorzaakt is tv. De meeste meester-slaaf-flipflops in TTL-techniek worden door een spanningsniveau en niet door een flank gestuurd. Overschrijdt de klokpuls een niveau van 2,4 V, dan wordt de meester geset. Daalt de klokpuls daarna tot een niveau beneden 0,8 V dan wordt de meester gesperd en neemt de slaaf de uitgangstoestand van de meester over. Op afb. 1.35 zien we de afzonderlijke spanningsni­veaus nog een keer. De JK-meester-slaaf-flipflop werkt op dezelfde wijze als de RS-meester-slaaf- flipflop.De volgende componenten zijn JK-MS-flipflops:

Sj hl \/////////////////////At

T77. tovername S, = H

T rtt hl \////)/a

*7 U

V///////7X tii Y////////A t

■ ! Y//////J//A t

'■dtr 1/2

^7

t*2

“2 U Y/////S , t overname Q, = H\

Afb. 1.34 Tijddiagram van een meester-slaaf-flipflop.

SN 7472 N JK-MS-flipflop SN 74 104 N JK-MS-flipflop met EN-poort aan de

ingangSN 74 105 N JK-MS-flipflop met EN-poort en JK-

ingangSN 7473 N 2 x JK-MS-FF 27

SN 74 107 N 2 x JK-MS-FF SN 7476 N 2 x JK-MS-FF met S- en R-ingang. Op afb. 1.36 zien we de inwendige schakeling van de SN 7476 N. Deze flipflop heeft een klok-, een terugstel- en eein instelingang, en natuurlijk de uitgangen Q en Q. Een L-signaal op R brengt uit­gang Q in de H-toestand. De beide ingangen R en S werken onafhankelijk van klokingang T.Voor elke JK-MS-flipflop geldt het volgende logi­sche gedrag:

2t 4 V - - 0,6 I/--

b cd

Afb. 1.35 Overname van de ingangsinformatiea) slaaf van meester scheidenb) signaal van J en K op de meester zet­

tenc) J- en K-ingangen sperrend) informatie van meester aan slaaf over­

dragen.

tn tn +1Nr. J K Qaa <j o L L O*o- o

X L1 H LH2 L H

3 H H Q»

1.3 Bijzondere componenten voor TTL-klokken

Voor elektronische digitale klokken hebben we componenten nodig die afzonderlijk moeten wor­den uitgevoerd, zoals monoflops, Schmitt-trig- gers en diode-matrix.

R 5o- ■o

ï=o- o□Q

Monoflops (monostabiele multivibrator of one- shot)Monoflops zijn tijdcomponenten met een stabiele

Afb. 1.36 Inwendige schakeling van de JK-meester- slaaf-flipflop met set- en reset-ingang.

28

en een instabiele (metastabiele) uitgangstoe- stand. In de ruststand bevindt de one-shotzich in een stabiele toestand. Sturen we met een trigger- puls (triggeren = op gang brengen), dan komt de one-shot in zijn metastabiele toestand. Na een be­paalde tijd valt de monoflop weer in zijn stabiele toestand terug.We onderscheiden twee soorten monoflops; de enkelvoudige en de natriggerbare monoflop. Mo­

noflop SN 74 121 bevat een monostabiele TTL- multivibrator met de volgende ingangen:De A-ingangen zijn flankgestuurde logische in­gangen welke de TTL-multivibrator bij een over- gang van H naar L triggeren, terwijl op ingang B een H-signaal staat.Ingang B is een Schmitt-trigger-ingang voortrage ingangsflanken tot wel 1 V/s welke de multivi- brator bij een overgang van L naar H triggert ter­wijl op ingang Ay of A2 een L-signaal staat. Op afb. 1.37 zien we het aansluitschema van mono­flop SN 74 121 N.Logisch gedrag:

ingangen

+ub 0 H G74 13 12 11 10 9 8

l—II—II—II—II—l uitgangen0A,> B QAi

XL S i_rJTL J"X J1 “LT

HH 1_ JT "LfH JT1_ "LTH

n"L "L H UVoor het logische gedrag geldt:X = H- of L-signaal _TL = een H-puls U* = een L-pulsS = overgang van een L- naar een H-signaal "L = overgang van een H- naar een L-signaal Wanneer de triggering eenmaal heeft plaatsge- 29

i—ii—ii__ii__ii__ii__i L_r7 2 3 4 5 6 7

R2 b G -LaAfb. 1.37 Aansluitschema van de geïntegreerde mo­noflop SN 74 121 N.

vonden, is de uitgangspuls nog slechts een functie van de tijdcomponenten flT en CT. De capaciteit CT wordt tussen de aansluitingen 10 (positieve aansluiting voor elektrolytische con­

densators) en 11 gezet, weerstand RT tussen de aansluitingen 11 en 14(ookvaak9) of 9en 14.Zon- der tijdcomponenten (aansluitingen 9 en 14 kort­gesloten, 10 en 11 open) wordt slechts de inwen­dige weerstand van nominaal 2 kiï gebruikt. Daarmee bereikt men een uitgangspulsduur van nominaal 30 ns. De pulsduur fQ is in ruime mate onafhankelijk van de voedingsspanning en de temperatuur. De stabiliteit wordt alleen door de kwaliteit van de tijdcomponenten bepaald: Jq = Cj,R'|>,ln2 of fQ ~ Cj'Rj'0,7.

g a74 13 12 71 10 S

i—ii—ii—ii—ii—i i—i n

H

Q

i__i i__i i__ I 1__l I__l I—i .—i12 3 4 5 6 7

R 7 f*2 S1 B2 R G -L

Afb. 1.39a Aansluitschema van monoflop SN 74 122 N.

30

Op afb. 1.38 zien we een diagram waarin de relatie wordt weergegeven tussen de duur van de uit- gangspuls fQ en de weerstand f?T, bij + Ub = 5 V, Tu = 25 °C en met CT als parameter.De statische stoorvastheid bedraagt gemiddeld 1,2 V, de storingsmarge van de voedingsspan­ning is 1,5 V.We onderscheiden twee verschillende natrigger- bare monostabiele multivibrators:SN 74 123 N;

De SN 74 122 N zien we op afb. 1.39 en de SN 74 123 N op afb. 1.40. De A-ingangen trigge- ren de one-shot bij eenovergang van H naar L,ter­wijl de andere ingangen aan een H-signaal liggen. De B-ingangen triggeren de monoflop bij een overgang van L naar H, terwijl er op A een L en op R een H-signaal staat.Wanneer er een L-signaal op terugstelingang R staat, zijn de ingangen gesperd en vallen de uit-

twee natriggerbare monoflops met terugstelingang.

+ Ub 3 H Q Q R B RIS is 13 12 n 10 9

i—ii—ii—ii—imi—ii—ii—i

L_J L_J L_J L_J L_J l_j i__i i_I1 2 3 <t_ S 6 7 QRB R O Q H 3 ±

Afb. 1.40 Aansluitschema van monoflop SN 74 123 N. 31

gangen Q en Q in de rusttoestand terug (resp. L en H).De hier besproken componenten kunnen in ge- triggerde toestand steeds weer opnieuw worden getriggerd, zodat de duur van de uitgangspuls door de laatste triggerpuls wordt bepaald. Op afb. 1.41 zien we het pulsdiagram van een natrigger- bare one-shot. De duur van de uitgangspuls, tQ, is in feite een functie van de tijdcomponenten CT en Rj. De capaciteit CT wordt tussen de aanslui­tingen H en J (positief) geplaatst en de weerstand tussen J en + l/b.In de SN 74 122 is een interne weerstand van nominaal 10 kü beschikbaar op uitgang G. De

duur van de uitgangspuls kunnen we berekenen met de volgende formule:

fo = K Ct fV(1+^>

waarbij RT in kflCT in pF

en tQ in nswordt ingevuld. De correctiefactor K bedraagt voor de SN 74 122 SN 74 123Op afb. 1.42 zien we het pulsdiagram van beide monoflops. Voor het logische gedrag geldt:74122: ingangen

K = 0,32 en K = 0,28

uitgangenQAi i A2 b2 QBi

nieuwe triggerpuls HH XH LX

B HX X X LLHX L LX XiHi X LL HH

■|\ uitgangen zonder / nieuwe triggering

L X H jt usJT UL X H S*a HL LX H Hl

I L J HX UJTI--------- sX L H UJT

HH trH JTTAfb. 1.41 Pulsdiagram voor een natriggerbare mono- flop. UH JTHT T

32 TJJTHHT H

74123: ingangen uitgangenQA B Q

H X HLX L L HL J" UT H n i_r

Opmerkingen: X = H- of L-signaal jl = H-puls U = L-pulsJ" = overgang van een L- naar

een H-signaal~L = overgang van een H- naar

een L-signaal

Schmitt-triggerIn de digitale elektronica neemt de Schmitt-trig­ger of drempelwaardeschakelaar een aparte plaats in. De uitgangsspanning verandert sprongsgewijs, zodra de ingangsspanning boven of onder een bepaald spanningsniveau komt. Daarbij doet het er helemaal niet toe met welke snelheid de ingangsspanning verandert. En het bijzondere is dat de Schmitt-trigger verschillende drempelwaarden heeft voor een stijgend {Ud\) en voor een dalend.(Ud\) ingangssignaal.Op dit moment zijn er vijf verschillende typen Schmitt-triggers in TTL-techniek beschikbaar:

2 x Schmitt-trigger 2 x Schmitt-trigger met hoge ingangsweerstand

SN 49 713 NS 1 2 x Schmitt-trigger, ingangs-stroom /in(L) ^ 10 juA

SN 7413 N SN 49 713 N

33

1.43 zien we een typische overdrachtskarakteris- tiek en op afb. 1.44 het pulsdiagram van een TTL- Schmitt-trigger. Een belangrijk voordeel is de interne temperatuurcompensatie, die een waar-

4 x Schmitt-trigger 4 x Schmitt-trigger

SN 74 132 N SN 7414 NHet verschil tussen Ud\ en Ud\ wordt de hyste- resis genoemd en deze bedraagt 0,8 V. Op afb.

UQ in V

a o x X a4

4>3 xra2b o- X~:X1 •

■H;Ux in V bX0 0,<* 0,8 1,2 16 2Afb. 1.43 Typische overdrachtskarakteristiek van een Schmitt-trigger Uq = 1[U,)

C o- SP c

7,71/0,9 1/ d o-

iingang tpHL 1 *plh dXr iiiuitgang 1/----- UQH

y_ 7,51/\ x y z u

Uql Afb. 1.45 Principe van een diodematrix ingangen: a, b, c en d uitgangen: x, y, z en u.Afb. 1.44 Pulsdiagram van een TTL-Schmitt-trigger.

34

1.4 Frequentiedeler-componenten SN 7490 N, SN 7492 N en SN 7493 N

borg is voor een grote stabiliteit van de drempel­waarden en de hysteresis over het gehele tem- peratuurgebied. Deze componenten kunnen door zeer langzame ingangsspanningen en ook door gelijkspanningen worden getriggerd en ze geven een nauwkeurig uitgangssignaal af.

De beginselen van de frequentiedeler Onder een frequentiedeler verstaan we een scha­keling die een ingangsklokfrequentie tot een lage­re uitgangsklokfrequentie terugbrengt.Een T-flipflop is een frequentiedeler met de ver­houding 1:2. Wanneer we nu twee T-flipflops ach­ter elkaar schakelen dan krijgen we dus een totale frequentiedeling van 1:4. Deze reeks kan natuur­lijk net zo lang worden voortgezet als men zelf wil. We krijgen daarmee de volgende tabel:1 flipflop 1:22 flipflops 1:43 flipflops 1:84 flipflops 1:16 Deze tabel kan oneindig lang worden voortgezet. Op afb. 1.46 zien we een frequentiedeler van 1:16 met het bijbehorende pulsdiagram. Bij deze de­lers spreken we van deling met een macht van twee. Wanneer we nu een frequentiedeler con­strueren die van 1 tot 10 telt (dus een verhouding heeft van 1:10) dan moeten weer voor zorgen dat de teller na de negende klokpuls weer op 0 wordt teruggezet. Voor de oplossing van dit probleem hebben we een waarheidstabel nodig:

Diode-matrixHet belangrijkste element van een diode-matrix is de diode. Een diode kan als schakelaar worden beschouwd die wordt gestuurd door de polariteit van de aangelegde spanning. De diode die in doorlaatrichting is geschakeld werkt dan als ge­sloten schakelaar. Er kan een stroom van een ho­ger naar een lager spanningsniveau vloeien. De diode die in sperrichting is geschakeld, werkt als geopende schakelaar. Er kan geen stroom door­heen vloeien. Van dit gedrag wordt bij een diode- matrix gebruik gemaakt. Op afb. 1.45 zien we de schakeling van een diode-matrix. Op een uitgang verschijnt een H-signaal wanneer alle factoren in de vergelijking ook een H opleveren.De logische vergelijkingen zijn: x = a-b-cd y = a-b-c-d z = a-5-C'd u = a-b-c-d

5 flipflops 1:326 flipflops 1:647 flipflops 1:1288 flipflops 1:256 enz.

35

7:41:2 1:8 1:16

'HËïisiskïiO 1 2 3 4 5 6 7 8 S 10 11 12 13 14 15 O

T \YAYAYAVAV\VXVAVAVXV\YAV7XVAV\VAVXYA

R | 777A T77A V77X X77A V7A Y77A V7A V7A V,

Y/////X V/////X X/////AY/////AAfb. 1.46Frequentiedeler 1:16 met pulsdiagram. C V////////////X V///Z///////A

D V////////////////////////A

De tellerstand bij de negen is dus blijkbaar HLLH. Bij de overgang van 9 naar 10 schakelt FFB om en deze reset daarmee de gehele schakeling. Op afb. 1.47 zien we een frequentiedeler met een deelver- houding van 1:10. De NEN-poort is nodig voor het terugzetten van de schakeling. Op uitgang Q van FFd staat al na de zevende puls een H-signaal. Slaat FFb nu na de negende puls om, dan staat er op beide ingangen van de NEN-poort een H, zodat er een L op de uitgang komt te staan. Deze uitgang is met alle vier de reset-ingangen van de flipflops verbonden, zodat de gehele schakeling

T D C AB0 L L L L1 L L L H2 L L H L3 L L H H4 L H L L5 L H L H6 L H H L7 L H H H8 H L LL9 H L HL

36 10 H L H L

schreven (geldt alleen wanneer QA met BD is ver­bonden): klok | Qp Qc

232 72° 22

Qb QaffR |—'1 ("s l—' FFC ' K ' o LL L LT 1 L L L H

2 L HL L3 L HL HKT H L4 L L

Afb. 1.47 Frequentiedeler 1:10. L H L H56 L H LH

wordt gereset. Een nieuwe delerperiode kan dan beginnen.Op afb. 1.48 zien we het oscillogram van een 1:10 frequentiedeler. Het bovenste signaal is de in- gangsfrequentie. De tweede regel laat de met een factor twee omlaag gebrachte frequentie zien. Op de derde regel zien we de puls die voor het reset- ten zorgt. In het oscillogram is deze puls slechts 1 mm breed, zodat deze ook wel een piekje of een 'spike' wordt genoemd. Op de vierde en de vijfde regel zien we resp. de flipflop-uitgangen C en D.

L7 H HH8 H L LL9 H L HLNa de tiende klokpuls komt de teller weer in de stand LLLL terug. Dit gebeurt automatisch.Op afb. 1.49 zijn de terugstelingangen ook weer­gegeven. Hiervoor geldt:terugstellen/tellen of delen (X = H- of L-signaal). terugstelingangen uitgangen

R91R01 R92 Qd Qb QaR02 QcH L X L L LH L

LH X LH LL LGeïntegreerde tellercomponent SN 7490 N Op afb. 1.49 zien we de inwendige schakeling van de decadeteller SN 7490 N. Deze teller heeft een delerverhouding van 1:10. Het logische gedrag van de SN 7490 N wordt in de waarheidstabel be-

X H H L HX H Ltellentellentellentellen

X XL LL LX X

XL LX37X L XL

Afb. 1.48 Oscillogram van een frequentiedeler 1:10a) klokpulsb) uitgang 2° (FFA-uitgang)c) uitgang 21 (FFB-uitgang)d) uitgang 22 (FFc-uitgang)e) uitgang 23 (FFD-uitgang)

We moeten dus telkens op een van de beide terugstelingangen R0 en R9 een L zetten, wanneer de teller van 0 tot 9 moet tellen of, anders gezegd, moet delen met een delerverhouding van 1:10. Op afb. 1.50 zien we het aansluitschema van de SN 7490 N. Voor de afzonderlijke in- en uitgangen worden in de praktijk ook wel de volgende be­namingen gebruikt:

de uitgangen worden QA, QB, Qc en QD ge­noemd

a.38

aR aD x qb qc1<t 13 12 11 10 9 8r~i r~i [—i [—i r~i r~i f—i

R ±T ^ 13 12 77 10 9 Q

i—ii—li—II—ll—II—l

1__ll__ll__II__ll__ll__l l__l1 2 3 5 6 7

BD R0l Rq2 +Ub R9j Rg2

I—II__I L—J I__I L_l ' 1_J L_31 2 3 <*■ 5 6 7

BD R01 r02 +uó R9j r92

Afb. 1.50 Aansluitschema van de SN 7490 N.Afb. 1.51 Frequentiedeler 1:2 met de SN 7490 N.

b. de ingang B wordt met BD aangegevenc. de terugstelingangen worden R0(1)/ R0,2),

Rg(i) en Rg(2j genoemd.Met de decadeteller of decadedeler kunnen de volgende frequentiedelers worden verwezenlijkt: Afb. 1.51:Frequentiedeler 1:2. Hierbij wordt alleen de in- gangsflipflop gebruikt. De vier reset-ingangen zijn met de massa verbonden. Dit is noodzakelijk, ook wanneer we alleen flipflop FFA gebruiken.Afb. 1.52:Frequentiedeler 1:3. Het ingangskloksignaal staat op de ingang van flipflop FFA. Uitgang QA is met flipflop-ingang BD verbonden. De uitgangen QA

1:3[ °R -L0 12 0 1j, £ T \_EJZL2LEM

n i i i i i13 12 11 10 n n n rn

I iI II iI I777\Y77A

IILJ LJ U U U U U I1 2 3 <* 5 6 7

BDR0R0 +Ub ± r92

Afb. 1.52 Frequentiedeler 1:3 met de SN 7490 N en impulsdiagram.

V77\

39

7:5 en Qb zijn met terugstelingang R01 en R02 ver­bonden. Aan de terugstelvoorwaarde is voldaan wanneer op de uitgangen QA en QB een H staat. Afb. 1.53:Frequentiedeler 1:5. De bouwsteen 7490 heeft twee telsystemen; een deler 1:5 en een deler 1:2. Zetten we het ingangssignaal rechtstreeks op in­gang BD, dan is de delerketen FFB, FFC en FF0 werkzaam en wordt de frequentie met een factor vijf omlaag gebracht.Afb. 1.54:Frequentiedeler 1:9. FF-uitgang QA wordt met FF- ingang BD en met reset-ingang R01 verbonden. Bovendien moet er een verbinding tussen QD en R02 worden gelegd. Staat er op de uitgangen QA en Qd tegelijkertijd een H - tellerstand HLLH ü 9 - dan komt er een H op de reset-ingangen R0i en R02 te staan, waardoor de gehele schakeling wordt teruggezet in de begintoestand LLLL.Afb. 1.55:Frequentiedeler 1:10. In deze variant behoeven we slechts één reset-ingang van R0 en R9 aan de massa te leggen en de verbinding tussen QAen BD leggen.

X10 9 Q74 13 12

U I—I L_JT+J 2 3 4 5 6 7

X +ubBD

Afb. 1.53 Frequentiedeler 1:5 met de SN 7490 N.

Qfi Qd X13 12 1110 9 8

i—ii—| i—i i—i i—i i—i

7: 9

7 2 3 4 5 6 7+Ub X

Afb. 1.54 Frequentiedeler 1:9 met de SN 7490 N.BD

Geïntegreerde tellercomponent SN 7492 N Op afb. 1.56 zien we de inwendige schakeling van40

n qr qb ± qc qd1± 13 12 11 10 9 8

i—i i—i

*

L__l I__II__II__I L_J L_l L_J7 2 3 4 5 6 7

+ ub R01 r02

Afb. 1.57 Aansluitschema van de SN 7492 N.

ec+ Ub -L

Afb. 1.55 Frequentiedeler 1:10 met de SN 7490 N.

-L7:614 13 12 11 10 9aR qB Q0QC I 11 ii li—II—i l—l

FFbFFr FF O

BC ----------------- 4------------- 4------------------ 1

*

rl? I__II--- II__II__II__II__ I2 3 4 5 6 7

+ X«o,ÏÏ'fl02Afb. 1.56 Inwendige schakeling met de SN 7492 N.

Afb. 1.58 Frequentiedeler 1:6 met de SN 7492 N.

41

bouwsteen SN 7492 N. De werkwijze kunnen we uit de waarheidstabel aflezen: klok Qp | Qc | Qb I Qa

L Lo L L1 L HL L

L2 L L HH3 L L H

4 L LH LH5 L H L

6 H LL L -LAfb. 1.59 Frequentiedeler 1:12 met de SN 7492 N.7 HH L L

8 H LL H9 HH L H

QR QCaBH H LL10HH H L11 FFDFFB FFCffr

Om alle uitgangen op een L-signaal te kunnen brengen, moet er een H-signaal op de terugstelin- gangen R0i en R02 staan. Op afb. 1.57 zien we het aansluitingsschema. Met deze bouwsteen kun­nen we de volgende frequentiedelers realiseren: Deler 1:2 Deler 1:6

R

B o-

Afb. 1.60 Inwendige scha­keling van de SN 7493 N.

zoals de SN 7490 N op afb. 1.51. op afb. 1.58 zien we de bijbehoren­de schakeling. De ingangs-flipflop gebruiken we niet, maar alleen de flipflops FFb, FFc en FFD. de schakeling van deze frequen­tiedeler zien we op afb. 1.59. Eén

ro2

van beide resetingangen is met de massa verbonden en uitgang QA is op ingang BC aangesloten.

Deler 1:1242

aR aD -1- &8 QC74 73 12 11 10 9 Q

I—II—ll—l 1—l l—~l l—II—I

RGeïntegreerde tellercomponent SN 7493 N Op afb. 1.60 zien we de inwendige schakeling van bouwsteen SN 7493 N. De werkwijze van deze component wordt in de volgende waarheidstabel verduidelijkt: klok .

Qc QaQbQd nL0 LL LL H1 LLL L2 HL 7 2 3 4

B ROj r02Afb. 1.61 Aansluitschema van de SN 7493 N.

6 7SL H3 L H +ubH L4 L LH H5 LLH L6 HL

zoals bij de SN 7490 op afb. 1.51. zoals bij de SN 7490 N op afb. 1.52. we verbinden uitgang QA met in­gang B, leggen reset-ingang R0 aan massa en we betrekken het uit- gangs-kloksignaal van uitgang QB. De schakeling zien we op afb. 1.62. De schakeling is dezelfde als op afb. 1.62, alleen wordt het uitgangs- kloksignaal nu van uitgang Qc be­trokken. Op afb. 1.63 zien we de schakeling van deze deler.Ook deze schakeling komt weer overeen met die van afb. 1.62. Het

Deler 1:2 Deler 1:3 Deler 1:4

H HHL7L L LH8L HLH9L LHH10L H HH11H LLH12H HLH13

Deler 1:8H H LH14H H HH15

Teneinde op alle Q-uitgangen een L-signaal te krijgen, moeten we op alle reset-ingangen een H zetten.Met de SN 7493 kunnen we de volgende frequen- tiedelers realiseren:

Deler 1:1643

uitgangs-kloksignaal wordt nu van uitgang QD betrokken. De schake­ling zien we op afb. 1.64.

Op afb. 1.61 zien we het aansluitschema van bouwsteen SN 7493 N.

Frequentiedeler 1:12Voor een 12-uren-klok hebben we een 1:12 fre­quentiedeler nodig. Bouwsteen 7492 is hiervoor niet geschikt, omdat we voor de tientallen een aparte uitlezing nodig hebben.Op afb. 1.65 zien we een 1:12 frequentiedeler, die is opgebouwd met twee componenten SN 7490 N en een NEN-IC, de SN 7400 N. De werkwijze van

+ub

Afb. 1.62 Frequentiedeler 1:4 met de SN 7493 N.

*ubAfb. 1.63 Frequentiedeler 1:8 met de SN 7493 N.Afb. 1.64 Frequentiedeler 1:16 met de SN 7493 N.44

deze deler kunnen we uit de volgende waarheids- tabel aflezen:

7490 I 7490 II

r qr aD qb qc qb

l n l l n r i r^i Ln n r~i n nklok Qd RoiQc Qb Qa Qb Rq2

0 LLL L L LL 1 ft 7490117490 I1 LL L LL HL2 LL L LL H L ü u u u u r" u u u u u

JL3 LL LH HL H4 L L LH L L L5 L H L LH L L6 L LH L LH L

Afb. 1.65 Frequentiedeler 1:12 met de SN 7490 N en de SN 7400 N.

7 L L LH LH H8 H L LL LL L9 H H L LLL L

10 HL H LL LL T &r &d qb qc Qr Qb11 H L treedt slechts L kortstondig op

H HL LL12 HL HL HL13 H HH HL HL h n h ri n n n n n n n n n n

Frequentiedeler 1:24Op afb. 1.66 zien we een 1:24 frequentiedeler waarvoor geen extra logische poorten behoeven te worden gebruikt. Klokingang T is rechtstreeks op de eerste tellerdecade aangesloten. In deler I worden de uur-eenheden voor een 24-uursklok gegenereerd. De uitgangen QA tot QB geven een BCD-code af. Na de negende klokpuls wordt teller

74901 7 4 9011

u u u u u u«02 ï U U U U ü u Y*07

Afb. 1.66 Frequentiedeler 1:24 met twee SN 7490 N.45

I op 0 teruggezet maar deze geeft dan wel een set- puls aan deler II. Uitgang QA van deler II (uur- tientallen) wordt op tellerstand 1 gezet. Na nog negen klokpulsen - 10 uren tot 19 uren - wordt deler I weer op 0 gezet en deze geeft dan weer een set-puls aan deler II. Op uitgang QB van deler II staat dan een H.Na nog vier klokpulsen - 20 uren tot 23 uren - moeten beide tellers op 0 worden teruggezet. Hiertoe verbinden we uitgang Qc van deler I en uitgang QB van deler II elk afzonderlijk met de bei­de resetingangen R02 en R01. Reset-ingang R01 voert een H-signaal wanneer FFB van deler II is ge­set. Er wordt echter pas gereset wanneer er op uit­gang Qc van deler I een H staat. Staat er op beide reset-ingangen een H, dan wordt er gereset. Dit reset-proces kunnen we aan de hand van de waar- heidstabel verklaren:

deler I

Q« qbT Qq Qq Qq Qq

o n h n n n nri n h h n n h

X 74 90II7490 I

l_! |_j Ü u U U T i_j i_j UuTJu ïAfb. 1.67 Frequentiedeler 1:24 met twee SN 7490 N en een SN 7400 N.

De vierentwintigste teltoestand blijft slechts ge­durende zeer korte tijd bestaan, de teller wordt vrijwel onmiddellijk op 0 teruggezet. Op afb. 1.67 zien we ook een 1:24 teller, maar met een NEN- poort en een invertor. Wat de werkwijze betreft komt deze deler overeen met de schakeling van afb. 1.66.Het hangt van de toepassing af voor welke deler we in de praktijk zullen kiezen.

deler IIklok Qd Qc Qa QbQb Qa Roi R0219 HH L LL H L L20 L L L L H L H L21 L L H HL L H L22 LL H HL H LL 1.5 Decoders

Decoder is het Engelse begrip voor decodeer- schakeling. De decoder vormt de schakel tussen

23 L HL H H H LL24 L HL H L H H terugzettenL

46 0 L L LL L L H L

de teller en de uitleeseenheid. De decoder zet de tellerstand in een uitleescode om. We onderschei­den twee typen decoders:a. 1-uit-10-decoder of decimale decoderb. 7-uit-4-decoder of zeven-segment-decoder. De industrie biedt de volgende decoders aan:SN 74 141 N BCD naar decimaal, Nixie buffer SN 7442 N BCD naar decimaalSN 7445 N BCD naar decimaal (30 V, 80 mA) SN 74 145 N BCD naar decimaal (15 V, 80 mA) SN 7443 N excess 3 naar decimaal SN 7444 N SN 7446 NSN 7446 AN BCD naar 7-segment (30 V, 40 mA) SN 7447 N BCD naar 7-segment (15 V, 20 mA) SN 7447 AN BCD naar 7-segment (15 V, 40 mA) SN 7448 N BCD naar 7-segment (met H-uit-

gang)Bovendien zijn er nog verschillende speciale decoders leverbaar, die we in dit hoofdstuk ook kort zullen beschrijven.

excess 3 Gray naar decimaal BCD naar 7-segment (30 V, 20 mA)

gecodeerde uitgangssignalen, die door de deco­der worden omgezet in een 1 -uït-10 code. De functietabel van deze decoder ziet er als volgt uit:

d c b a 0 1 23456789LLLLLLLLL L L L

L L L H L L H L L L H H L H L L L H L H L H H L L H H H H L L L H L L H

H LLXH LLLLLLLL L LXH L L L L L L L L L LXH L L L L L L L L L LXH L L L L L L L L L LXH L L L L L L L L L LXH L L L L L L L L L LXH L L L L L L L L L LXH L LLLLLLLL LXH

01234

Decoder SN 74 141 NDe component SN 74 141 N is een BCD-decimaal decoder en buffer voor Nixie-buizen of cijferbui- zen. Op afb. 1.68 zien we een decoder tussen de teller en de uitleeseenheid. De teller levert binair

5678

479

Wanneer we aan de hand van deze functietabel de functievergelijkingen opstellen, dan krijgen we het vojgende:0 = a b c d1 = a Bed2 = a bed3 = abed4 = abed

5 = a B c d6 = a bed7 = a bed8 = abed9 = aBcd

Met behulp van deze functievergelijkingen kun­nen we de schakeling voor een 1-uit-10 decoder ontwerpen. De schakeling vinden we op af b. 1.69. De schakeling van deze afbeelding is niet de ge­minimaliseerde vorm. De BCD-code kent 16 ver­schillende mogelijkheden. Omdat we voor de uit- lezing van getallen 0 t/m 9 slechts 10 mogelijkhe­den gebruiken, blijven er in totaal 6 mogelijkhe­den, de zogenaamde pseudo-tetraden, over. Deze pseudo-tetraden kunnen we in de 1-uit-10 deco­der verwerken omdat deze niet kunnen optreden. De vergelijkingen voor de pseudo-tetraden lui­den:10 = a b c d11 = a bed12 = a bed

13 = a b c d14 = a bed15 = a b c d

Deze vergelijkingen kunnen in een Karnaugh- diagram als don't-care-velden worden verwerkt.

48 Het Karnaugh-diagram zien we op afb. 1.70. Op

afb. 1.71 zien we het Karnaugh-diagram met daarin de decimalen 0 t/m 9 verwerkt alsmede de zes don't-care-velden. Uit dit Karnaugh-diagram kunnen we nu de geminimaliseerde vergelijkin­gen halen:

oQ o b oc d

~b> ^7 ^7 ^7)—°0

7-° 2

3Afb. 1.70 Karnaugh-diagram met don't-care-velden voor het minimaliseren van een 1-uit-10 decoder. )--- °*

6

« 8o 9Afb. 1.71

Karnaugh-diagram voor het minimaliseren van de 1-uit-10 codes.

Afb. 1.72Geminimaliseerde schakeling van een 1-uit-10 decoder.

Met behulp van deze geminimaliseerde verge­lijkingen kunnen we de geminimaliseerde schake­ling construeren; deze zien we op afb. 1.72. De in­wendige schakeling van bouwsteen SN 74 141 is op afb. 1.73 weergegeven. Het IC decodeert binai­re decimale getallen in een 1-uit-10 code om. De geïntegreerde, sterk sperrende buffer-transistors aan de uitgangen maken het mogelijkcijferbuizen 49

0 = a b c d1 = a b c d2 = a b c3 = a bc

4 = a b c5 = a b c6 = a b c

7 = a b c8 = ad9 = a d

?6 £-o cd

2 Afb. 1.73De 1 -uit-10 decoder SN 74 141 N.

sv

[/ \ft sJIp 1 \lLrVWff Vwif > rI 10£3 x»

uitgangen

'Is 75 7^ 73' 72 77 70 <T

uitgangen j_JJAH

I—CZ3—° * 220 VI

0123*5676 9m\ZM 7180 ooooooooo oyQiafïl9 Q 0 15* 6 7 3 2

R D B C Afb. 1.74.1 Aansluitschema van de 1 -uit-10 decoder SN 74 141 N.

Afb. 1.74.2 Decoder SN 74 141 N verbonden met

cf cijferbuis ZM 1180.

SW 74 747N

I i J IJ__^ J>___________ 7^ 8V V

ing. + Ub ing. uitg.ba c

uitg.50

rechtstreeks te sturen. Binaire ingangsinformatie (pseudo-tetraden) tussen 10 en 15 wordt niet ver­werkt (blanking of onderdrukking van de pseudo- tetraden). Hierdoor kan zonder veel moeite een automatische nul-onderdrukkking worden gerea­liseerd. De functietabel van de SN 74 141 N ziet er als volgt uit:BCD-ingang

In ingeschakelde toestand geleidt de uitgangs- transistor en zijn alle andere uitgangstransistors gesperd. De spanning over een interne transistor mag 60 V bedragen en de stroom mag tot 2 mA oplopen. Op afb. 1.74.1 zien we het aansluitsche- ma en op afb. 1.74.2 de uitleeseenheid.

Decoder SN 7442 NBouwsteen SN 7442 N is een BCD-decimaal deco­der. Op afb. 1.75 zien we de inwendige schakeling. De SN 7442 N heeft een aktieve uitgang in de L-

uitgangd bc a0L L

L L L L L L L H L H L H L H H L H L H L H L

BCD-ingang

L L1L H2H L3H H4L L D C B R

\ \ i }fi fl r; v

5L H6H L7H H

L L 8L H 9H LH H

uitgangd bc aL L

H H L H H H H L H H H H

H H9676 5^3210

Afb. 1.75 Inwendige schakeling van decoder SN 7442 N.51

toestand. Dit kunnen we uit de functietabel aflei­den:BCD-ingang decimale uitgangen d c b a 01 23456789

en hetzelfde aansluitschema als bouwsteen SN 7442 N. Terwijl IC SN 74 742 N een balans-uit- gang heeft, hebben deze beide decoders een open-collector uitgang.SN 7445 N BCD-decimaal-decoder en buffer

met open-collector uitgang, 30 V/80 mA

SN 74 145 N BCD-decimaal decoder en buffer met open-collector uitgang, 15 V/80 mA

De buffers hebben een collectoruitgang met een

L L L L L L L H L L H L L L H H L H L L

LHHHHHHHHH HXL HHHHHHHH H hY H H H H H H H H H hY H H H H H H H H H hY H H H H H

decimale uitgangenBCD-ingangenL H L H

H H L H H H

HHHHHLHHHHhhhhhhYhhhH H H H H H hY H H H H H H H H H h\ H HHHHHHHHHL HHHHHHHHHH HHHHHHHHHH HHHHHHHHHH HHHHHHHHHH HHHHHHHHHH HHHHHHHHHH

L uitgangeningangenL +ub ,H L LL

HLH LLH L HHH HL

H H H H H H H H

L LL H H LH H

Op afb. 1.76 zien we het aansluitschema van de decoder SN 7442 N.

uitgangen

Afb. 1.76 Aansluitschema van decoder SN 7442 N.Decoders SN 7445 N en SN 74 145 N

52 Deze beide bouwstenen hebben dezelfde functie

Rhoge stroom- en spanningsbelastbaarheid. Dank­zij de open-collector uitgangen zijn wired-AND- schakelingen mogelijk.

I lBF Afb. 1.77 Namen van de segmenten van een 7-segment-cijferbuis.El G lE

Decoders SN 7446 N en SN 7447 N Deze beide decoders zijn 7-segment decoders. Op afb. 1.77 zien we een uitleeseenheid met zeven segmenten. Deze segmenten zijn met hóófdlet­ters aangegeven. Op afb. 1.78 zien we hoe de tien cijfers met deze zeven segmenten kunnen worden gevormd. Hieruit kunnen we nu de functietabel voor de 7-segment decoder afleiden:

D///_/_/ /__/ /__ //_/ / /_

Afb. 1.78 Cijfers gevormd door een 7-segment-buis.

/ / / / ƒ./ I —I l—l I /_/ /

A B C D E F Gd c b aH H H H H H L L H H L L L L H H L H H L H H H H H L L H L H H L L H H H L H H L H H L L H H H H H H H H L L L L H H H H H H H H H H L L H H

L L L L L L L H L L H L L L H H L H L L L H L H L H H L L H H H H L L L H L L H

0123

Afb. 1.79 Karnaugh-diagrammen met ingetekende pseudo-tetraden.

456 A = 0 + 2 + 3 + 5 + 7 + 84-9

B =0+1+2+3+4+7+8+9 C =0+1+3+4+5+6+7+8+9 D = 0 + 2 + 3 + 5 + 6 + 8 E =0+2+6+8 F =0+4+5+6+8+9 G = 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 8 + 9

789

Met behulp van deze functietabel kunnen we de functievergelijkingen voor de afzonderlijke seg­menten opstellen: 53

Segment C:Segment A: Segment B: Segment D:

aa a

Segment E: Segment F: Segment G:

Afb. 1.80 Zeven Karnaugh-diagrammen voor het minimaliseren van een 7-segment-uitleeseenheid.54

De functietabel voor deze decoder loopt van 0 tot 9. De zes pseudo-tetraden blijven buiten beschou­wing en kunnen als don't-care-velden in het Kar- naugh-diagram worden opgenomen (afb. 1.79). De pseudo-tetraden zijn met een X aangegeven. Voor de berekening van de decoder hebben we in totaal zeven Karnaugh-diagrammen nodig. Als we de vakjes in de Karnaugh-diagrammen nu op de juiste wijze samen nemen, krijgen we de ge­minimaliseerde vergelijkingen:A = d + ab + ac + ac B = d + c + ab C =a+c+d+b D = bc + ab + ac + abc E = ac + ab F = d + ac + bc + ab G = d + bc + ab + bcDeze vergelijkingen stellen ons nu in staat de ge­minimaliseerde schakeling van een 7-segment decoder te bouwen. Schakeling zie afb. 1.81.Bij de decoders SN 7446 N en SN 7447 N hebben we een segment-identificatie zoals deze op afb. 1.82 is weergegeven.SN 7446 N BCD-7-segment decoder en buffer

met open-collector uitgang, 30 V/20 mA

SN 7446 AN BCD-7-segment decoder en buffer

met open-collector uitgang,30 V/40 mA

SN 7447 N BCD-7-segment decoder en buffer met open-collector uitgang,15 V/20 mA

SN 7447 AN BCD-7-segment decoder en buffer met open-collector uitgang,15 V/40 mA

Alle vier de decoders hebben dezelfde schakeling;deze zien we op afb. 1.83. Voor deze decoder geldtde volgende functietabel:functie LT RBI d c b a BI/RBQ |A B C D E F G

H L L L L L L H H L L H HH H L L H L L H L L L L L HH L H L L H HL L L H L L HL L H H L L L L L L L L H HH H L L L L L L L L L L H HL L H H H L L H L H H L L H H L H L H H HL L L H H L HL L H H H L L L L

0’) H H L L L L L L L H L L H L L L H H L H L L L H L H L H H L L H H H H L L L H L L H H L H L H L H H H HL L H HL H H HH L

HH X1HXH2HH X3

H X H4H X H5H X H6H X H7H X H8H X H9H X H10H X H11H X H12H X H13

55H X H14

G£ FDC6R 1 ?Aiii i

P___ 3L \

Ail 6d o■

C O-

&b o■

JÏ>a o-

Afb. 1.81 Geminimaliseerde schakeling van een 7-segment-decoder.

Afb. 1.82 Segment-identificatie van de geïntegreerde decoders SN 7446 N en SN 7447 N.

56

R B C D E F 6

o o o I

=P J ,_P q-rO <hA

BI/RBQl

Afb. 1.83 Inwendige schakeling van de geïntegreerde decoders SN 7446 N en SN 7447 N.

6 d LT RBla c

Opmerkingen bij de functietabel:X = H- of L-signaal.’) = Bij de nul-aanwijzing moet op de ingang

voor de nul-onderdrukking RBl een H gezet worden.

functie BI/RBQ A B C D E F GRBl d c b aLTH H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H L L L L L L L

15 H X H H H H X X X X L L L L X X X X

HBI2) X X LRBl3) H L L

57LV) L X H

2) = functieWanneer er een L op de ingang onderdruk­king BI staat, komt er op de segment-uit- gangen een H te staan, onafhankelijk van de ingangssignalen.Wanneer er een L op de overdrachtsingang voor de nulonderdrukking RBI staat, komt er een H op de uitgangen van de segmenten te staan en op de overdrachtsuitgang voor de nulonderdrukking RBQ komt een L, mits de ingangen a, b, c en d aan een L liggen (nulvoorwaarde).Wanneer er een L op de lamptest-ingang LT staat, komt er op alle segment-uitgangen ook een L te staan (mits er op de ingangen BI/RBQ een H-signaal staat dat onafhanke­lijk is van de ingangen a, b, c en d en RBI).

LT RBI BI/RBQ A B C D E F Gd c b aH H H H L H L L L L L H H L H H H L L H H L L H H H H L H H H H H H H H L L L L H H H H H HHLLH L H H L H HHLLH L L L H H L H L H H L H H H H L L L L L L L L L L L L L L L H H H H H

H H L L L L H X L L L H H X L L H L H X L L H H H X L H L L H X L H L H H X L H H L H X L H H H H X H L L L H X H L L H H X H L H L H X H L H H H X H H L L H X H H L H H X H H H L H X H H H H X X X X X X H L L L L L L X X X X X

Bij de nulaanwijzing moeten we op de overdrachts­ingang voor de nulonderdrukking RBI een H- signaal zetten. Wanneer er een L op ingang BI (onderdrukking) staat, komt er op alle segment- uitgangen een L, welke onafhankelijk van de ingangssignalen is. Staat er een L op de over­drachtsingang voor de nulonderdrukking (RBI)

H H0 HL H1 HH H2 H

3) = H H3 HL H4 HH L5 HL L6 H

7 H HH8 H HH9 H HH

4) = 10 L LH11 L LH12 L HH13 H LH

L L14 HL L15 H

Op afb. 1.84 zien we het aansluitschema van IC SN 7446 N en SN 7447 N.

BI L LLRBI L LL

H HLT HDecoder SN 7448 NBouwsteen SN 7448 N (afb. 1.85) is wat betreft de functie gelijk aan de SN 7446 N en de SN 7447 N, maar met dit verschil dat de onderhavige compo­nent een actieve H-uitgang heeft. De segment identificatie is gelijk. De functietabel ziet er als

58 volgt uit:

p B C D £ F G

-ft- Jp .-P J q-Kȟlp p p f m

•']Afb. 1.85Inwendige schakeling van degeïntegreerde decoder SN 7448 N. a BI / RBQb 4 L T RB1C

dan krijgen alle segment-uitgangen een L en ook op de overdrachtsuitgang voor de nulonderdruk- king komt een L te staan, mits er op de ingangen a, b, c en d een L staat (nulvoorwaarde). Wanneer we een L op de lamptest-ingang LT zetten, komt er op alle segment-uitgangen een H-signaal, mits er op RI/RBQ een H staat die onafhankelijk is van

de ingangen a, b, c, d en RBI.

De speciale decoders 8 T 50 en 8 T 70 De decoder-familie 8 T 50 en 8 T 70 van de firma Signetics neemt een uitzonderlijke plaats onder de decoders in. Deze decoders hebben interne stroombegrenzingsweerstanden. 59

+ ub F G n B C D E16 1S 1<t 13 12 11 10 9

I—I I—l I—II—II—II—II—II—l

o ot-Ubϫ7*L

Vlj h Afb. 1.86 Gelijkstroom- trekker uit de decoder serie8 T 50/8 T 70.

J3 T2

1 2 3 <* S 6 7 Qb c LT BI RBI d a JL

RBOAfb. 1.84 Aansluitschema van de geïntegreerde deco­ders SN 7447 N en SN 7446 N.

o +ub

Het verschil tussen de 8 T 50-serie en de 8 T 70- serie bestaat hierin dat de 50-serie geen intern ge­heugen heeft en de 70-serie wel. Het geheugen wordt gevormd door een SN 7475 N (viervoudige

Heugen-flipflop).Gelijkstroomtrekker van 20 mA: zonder geheugen met geheugen

ge

UR °- O ±Afb. 1.87 Gelijkstroombron uit de decoder serie 8 T 50/8 T 70.

8 T 748T 54Gelijkstroombron: zonder geheugen met geheugen

8 T 71 (5 mA)8 T 75 (20 mA) 8 T 79 (50 mA)

8 T 51 (5 mA) Het verschil tussen een gelijkstroomtrekker en een -bron zien we op de afb. 1.86 en 1.87.Op afb. 1.86 zien we een gelijkstroomtrekker. Uit-60 8 T 59 (50 mA)

gangstransistor T3 is als open collector gescha­keld. Uit de voeding vloeit er een stroom door be- lastingsweerstand flL, waarna de stroom het IC binnenkomt. De interne uitgangstransistor werkt dus als stroomtrekker. Zolang transistor T3 niet in geleidende toestand is gebracht, kan er geen stroom het IC binnenvloeien.Op afb. 1.87 zien we een stroombron. Uitgangs­transistor T7 genereert de uitgangsstroom die uit het IC vloeit. Deze stroom kan via een uitwendi­ge belastingsweerstand naar massa vloeien.

Met de stroomtrekker-decoder kunnen we in totaal 16 tekens afbeelden. De verschillende mo­gelijkheden zien we op afb. 1.88. Dit geldt ook voor de stroombron-decoder, waarvan we op afb. 1.89 de zestien mogelijkheden zien.Het aansluitschema van deze decoder-familie is hetzelfde als het schema van de componenten SN 7446 N en SN 7447 N.Op afb. 1.90 zien we de inwendige opbouw van het geheugen-type. Op de ingangen a, b, c en d wordt de ingangsinformatie op de buffers gezet.

Afb. 1.88 Opbouw van de tekens in de stroom-trekker-versie.

O o/ // ƒ ƒ/ I io I I I I_/ l—l I I__/ II I

7 8 9 10 11 12 13 150 2 3*561

Afb. 1.89 Opbouw van de tekens in de stroombron-versie.61

internestroomtrekker

o R 1

internestroombron

—Iri

is

oB13d12

<5 ■o Bd o C~o 77 PkCf Os 70■oc

OCo 9 o 0- I7 * c Pk•trc ct.

0)oDQJ N6 « £6Ê ■k r^LX3b o- s ie«otQ Q.6 oO £h: * o F

•9- Pka H= 3aQ 2 o£a oG7

0IL _I LAfb. 1.90

Inwendige schakeling van de decodertypes 8 T 50/8 T 70.

RBIRBd/Bl

62

Deze buffers genereren de NIET-functies a, b, c en d. Bij de geheugenversies is de uitgang van een buffer op een D-flipflop aangesloten, bij de ge- heugenloze versies daarentegen rechtstreeks op de 4-uit-16 decoder. De 16 uitgangen van de deco­der zijn op de ROM (read only memory ^ geheu­gen voor vaste waarden) aangesloten. De ROM decodeert de informatie van de 16 uitgangen in een 7-segment code. Al naar gelang het type is de uitgang een stroomtrekker of een stroombron.

(O cO\k8 o o k4

1 o okO Oy flO k2

k3 'k9

o ok1a

ZM 1180

kTjl.5

k8 o o k4o o

kO o* o k2

3 Dez.R k1

ZM 1186

1.6 Uitleeseenheden

In dit boek maken we onderscheid tussen drie ty­pes uitleeseenheden: cijferbuizen, fluorescentie- buizen en GaAs-lampjes.

CijferbuizenIn 1956 kwamen de eerste cijferbuizen op de

k9 k3

ZM 1020 Bild 1.91

63ZM 1120

rI1 !3 !

;ï.

si.ri w' ?

■

;; fII i

[ Iis f|'

§IBil

ZM 1290

k6_ijg_k7

“IV)»

i . .ZM 1242I ZM1336K

I k5j^k7 k4/oöo\k8

o) kS

k2^\i o O/ ^

ZM 1330O Oa k3 oir> n Ml.Dez.P kg r.Dez.PDez.R

k4 a ak9

k9 kOvoor pulsbedrijf64 voor gelijkspanningsbedrijf

H a

waarbinnen de verschillende cijfertjes achter el­kaar staan opgesteld. Deze cijfers vormen de kathodes waaromheen een gemeenschappelijke anode is opgesteld.Op afb. 1.92 wordt de sturingswijze van een Nixie- buis verduidelijkt. Op de gemeenschappelijke anode, die met een lange zwarte streep is weerge­geven, staat de positieve voedingsspanning + Ub. Over het algemeen bedraagt deze voe­dingsspanning 170 V. De kathodes, die hier met cijfers zijn aangeduid, zijn via een schakelaar met de massa verbonden.

ZM 1040

+ Ub

*/?de beide anode- aansluitingen moeten uitwendig worden verbonden C 30 1 23<t56789

UUiUlUl,UfW«<«markt. Ze werden speciaal voor de toenmalige digitale techniek ontwikkeld; het waren glim- lampjes met een vulling van edelgas. Deze buizen worden ook wel 'Nixie-buizen' genoemd (dit is een beschermde merknaam). Op afb. 1.91 zien we enkele buizen van de firma Siemens.De cijferbuizen bestaan uit een glazen buisje

Afb. 1.92 Sturing van een Nixie-cijferbuis.65

Zijn alle schakelaars open, dan kan er geen stroom lk vloeien. Geen van de cijfers zal dan oplichten. Sluiten we nu een schakelaar, dan ont­steekt de buis. Nadat de buis is ontstoken, neemt de spanning tot de brandspanning af en de katho- destroom /k wordt door de anodeweerstand RA begrensd.In de databoeken wordt meestal een minimale kathodestroom aangegeven. Moet de ontlading tot over het gehele kathodevlak worden uitge­breid, dan mag de kathodestroom niet beneden zijn minimale waarde komen. Doorgaans be­draagt de minimale kathodestroom /k = 1 ... 3 mA. Overschrijden we deze minimale waar­de, dan resulteert dat in een grotere helderheid van de gasontlading. Overschrijden we echter de maximale kathodestroom, dan kan het voorko­men dat ook de aanliggende cijfertjes gaan op­lichten.Voor de buizen van afb. 1.91 geldt:

Uont

in V

C/gnt = ontsteekspanning L/grc = brandspanning

= doofspanning /k = kathodestroom /km = gem. kathodestroom bij pulsbedrijf Wanneer we alle waarden in deze tabel alsgemid- delde waarden beschouwen, dan kunnen we de

U d

anodeweerstand RA als volgt berekenen:

" 7kIs er geen anodeweerstand beschikbaar, dan treedt er onmiddellijk na het ontsteken geen stroombegrenzing op en wordt de Nixie-buis ver­nield.

Fluorescentie-buizenIn 1967 kwamen de eerste fluorescentie-buizen op de markt. Het zijn feitelijk als een triode opge­bouwde cijferbuizen, waarvan de zeven met groen oplichtend fosfor bedekte anodesegmen- ten de cijfers vormen. Deze segmenten worden via het stuurrooster tot oplichten gebracht. Voor de werking zijn bijvoorbeeld een stuurspanning Ust van 20 V, een anodespanning UA van 250 V en een verwarmingsstroom /H van 360 mA nodig bij een verwarmingsspanning van L/H = 1,5 V. Tegenwoordig levert de firma ISE fluorescentie-

U dUarc in V

/k ^km

in V in mA in mA140 115ZM 1290

ZM 1330 ZM 1336 ZM 1242

66 ZM 1040

170 1,5 0,4170 145 115 3,0175 115 1,4 0,7170 145 120 2,2170 140 120 4,5

buizen die kunnen volstaan met een verwar- mingsstroom van 20 mA bij 1,5 V en met seg­ment- en stuurroosterspanningen van 24 V.De fluorescentiebuis is in principe een elektronen- straalbuis, waarbij elektronen naar het fluoresce­rende materiaal worden getrokken. In vergelijking met de gebruikelijke elektronenstraalbuizen heb­ben de onderhavige buizen wel enkele voordelen, zoals een lage bedrijfsspanning, een geringere vermogensdissipatie, een recht vlak waarop de cijfers zichtbaar worden gemaakt en een helder, blauwgroen licht.Op afb. 1.93 kunnen we gemakkelijk de overeen­komst tussen de fluorescentie-buis en de triode zien. Elke fluorescentie-buis kentvier onderdelen: de kathode, het stuurrooster, het schermrooster en de anode.De kathode wordt rechtstreeks verhit en bestaat uit een verwarmingsdraad waarop een dunne oxydelaag is aangebracht. Het stuurrooster wordt eveneens door metalen draden gevormd, deze zijn echter zo dun dat ze een goede afleesbaarheid niet in de weg staan. Het schermrooster is een dunne metalen plaat die intern met het stuur­rooster is verbonden. De anode is een grondplaat van isolerend materiaal waarop een geleidende laag is aangebracht. Daar bovenop bevindt zich

rechtstreeks verhitte kathodeanodebasismateriaal

Xy elektrische geleidende laag stuurrooster

: fosfor

tronen

anode-aansluitingen (segmenten a t/m g)\ lr>\

p2\ -Ip3

))p3 Up =.Uf —

~*9 1Ik X—0

Afb. 1.93 Principiële opbouw van een fluorescentie- cijferbuis van de firma ISE.

de fluorescerende fosforlaag, die al bij lage span­ningen licht uitstraalt. Alle elektroden bevinden zich in een vacuüm gezogen glazen buis. Wanneer de stroom vloeit die voor de verhitting nodig is en het stuurrooster een positieve span­ning t.o.v. de kathode heeft, worden de elektronen door het stuurrooster versneld, passeren het 67

DG 19 E DG 12 H DG 10 R DG 10 F1a aa a

iwj i fQb mim-m m mr; bb joJ

Afb. 1.94 Afmetingen en aansluitingen van de cijferbuizen van de firma ISE.

6,25

'5SF D̂G 10F1

ÜDG 12 H DG10A DG 8 F •••rr

iij

!/ i68 Afb. 1.95 Afzonderlijke fluorescentie-cijferbuizen.

ct-rT - .

DP 61 A

DP 81 A

rV "il S.S.'RS.&'R'SX&Jr-j

■ii

OP 91 A

Afb. 1.96 Meervoudige fluorescentie-uitleeseenheden in buisvorm.

DP 109 A

mgïsfisss?'a ; ■ • ,. j .. - • - •

DP 127 F

Ü

a s a a a a a aDP89A

ü69Afb. 1.97 Meervoudige fluorescentie-uitleeseenheden in vlakke uitvoering.

schermrooster en vallen op de fluorescerende laag, die vervolgens zal oplichten.Staat er geen positieve spanning op het stuur- rooster, dan vallen er niettemin enkele elektronen op de anode. Om deze spontane emissie tegen te gaan, moet er in de 'donkere' situatie een negatie­ve spanning van enkele volts op het stuurrooster worden gezet. Deze spanningen noemen we de rooster-grensspanning. Op afb. 1.93 zijn drie ano­des P1# ?2 en P3 weergegeven, die oplichten wan­neer er spanning op hun aansluitingen komt te staan. In het hier afgebeelde voorbeeld zullen P, en P3 oplichten en zal P2 donker blijven. De vorm van de anodes kan willekeurig worden gekozen, zodat er naast de 7-segment-cijfers ook letters en andere tekens zichtbaar gemaakt kunnen worden. Op afb. 1.94 zien we verschillende soorten fluo- rescentiebuizen. De DG 19 E iseen8-segment-uit- leeseenheid met een decimaalpunt. De andere vier buizen hebben slechts zeven segmenten. Op afb. 1.95 zien we een foto van de verschillende uit­voeringen. Op afb. 1.96 zien we enkele meervou­dige fluorescentiebuizen. De DP 61 A bestaat uit zes 7-segment-eenheden, de DP 81 A uit acht en de DP 91 A uit negen 7-segment-eenheden. De eenheden bevinden zich in een gemeenschappe­lijke buis.

Op afb. 1.97 zien we de meervoudige uitleeseen- heden in een vlakke uitvoering.

LED-uitleeseenheden De werkwijze van LEDsLuminescentie-diodes of LEDs (Light Emitting Diodes) zijn halfgeleiderdiodes, die elektromag­netische straling uitzenden wanneer ze in door- laatrichting worden aangesloten. De golflengte van de uitgezonden straling is afhankelijk van het gebruikte halfgeleidermateriaal en van de dote- ringsgraad. Ga (As, P)-LEDs (Gallium-Arsenide- Phosphide-LED) zenden rood licht uit en GaAs- LEDs (Gallium-Arsenide-LED) stralen in het in­frarode gebied van het spectrum.Op afb. 1.98 zien we de schematische opbouw van LEDs. Luminescentiediodes worden in de door- laatrichting gebruikt. Doordat er een stroom loopt komen vrij bewegende elektronen via de pn-over- gang in het p-gebied, waar ze met de aanwezige defect-elektronen recombineren. Bij dit recom- binatie-proces komt er energie in de vorm van straling vrij.Wat betreft de uitvoering onderscheiden we twee types. Bij de epitactische GaAs- of GAP-diodes ligt de pn-overgang slechts 2-4 /xm onder het opper­vlak van de halfgeleider. Het licht wordt in het70

naamde 'lll-V-halfgeleiders'. De twee belangrijk­ste grondstoffen zijn:GaAsP = Gallium-Arsenide-Phosphide GaPHet materiaal 'GaAIAs' (Gallium-Aluminium-Ar- senide) wordt slechts zelden gebruikt omdat het zeer duur is en slechts infrarood licht uitzendt. GaP straalt groen licht uit met een golflengte tus­sen 520 en 570 nm. De hoogste intensiteit ligt bij 550 nm. Dit komt redelijk overeen met het punt van de grootste gevoeligheid van het menselijk oog. De diode kan echter ook rood licht met een golflengte tussen 630 en 790 nm uitzenden. De grootste intensiteit ligt dan bij 690 nm. GaAs0_x)Px straalt licht in een breed oranje-rood gebied uit, afhankelijk van het GaP-aandeel in de samenstelling - vandaar de aanduiding x. Voor x = 0,4 krijgen we rood licht tussen 640 en 700 nm met een grootste intensiteit bij 660 nm. Voor x = 0,5 is het uitgestraalde licht barnsteenkleurig met een maximale intensiteit bij ongeveer 610 nm. Het doorgaans in de handel verkrijgbare Ga^.xjAlxAs straalt rood licht tussen 650 en 700 nm, met een maximale intensiteit bij 670 nm. De werkzaamheid van deze materialen is sterk af­hankelijk van de uitgestraalde golflengte.Enkele typische werkingsgraden zijn:

Ga (03,0) Ga 05

= Gallium-Phosphiden +nP

Afb. 1.98 Constructies van lichtdiodes (LEDs)links: rood of groen oplichtende GaAs- of GaP-LED.rechts: rood oplichtende GaAs-LED. halfgeleider Si02-oxide metalen laagje

dunne p-gebied opgewekt en verlaat het kristal via het nabij gelegen oppervlak. Al het licht dat in het inwendige van het kristal schijnt, wordt geab­sorbeerd. GaAs-diodes zijn epitactische diodes waarvan de p-laag, waarin het licht wordt op­gewekt, ca. 50 fxm dik is. Omdat GaAs infrarood- straling slechts in geringe mate absorbeert, kan men de diode het beste met de p-zijde op een metalen plaatje monteren teneinde de warmte­afvoer te bevorderen.De tegenwoordig gebruikelijke LEDs zijn de zoge- 71

GaP-rood 0,72% voor 20 lumen/watt = 0,14 lumen/watt tezamen (OPCOA)0,3% voor 50 lumen/watt = 0,15 lumen/watt tezamen (Litronix)0,006% voor 675 lumen/watt = 0,024 lumen/watt tezamen (Mitsubishi)0,006% voor 675 lumen/watt = 0,04 lumen/watt tezamen(Monsanto)

GaAs05P 05- barnsteenkl.

0,0044% voor 340 lumen/watt = 0,015 lumen/watt tezamen (Monsanto)

GaAs0t6P 0,4Onlangs zijn er door de industrie Gallium-Nitride- LEDs (GaN) op de markt gebracht, die een blauw of blauwgroen licht uitstralen. De constructie is relatief eenvoudig. Op een saffiersubstraat is een dunne Gallium-Nitride-laag aangebracht. Helaas is er nog een grote voedingsspanning nodig om deze LEDs te laten werken.

GaAIAs-rood

GaP-groen

Tabel 1: Karakteristieke gegevens van LEDs

spanning in doorlaatrichting in V bij 10 mA

lichtsterkte in mcd

golflengte rendement n (%)

materiaal kleur

1,6 1...50,1GaAsPGaAsPGaAsPGaAsP

roodroodoranjegeelroodgroengeelblauw

6701...61,6660 0,03

0,2...3 0,1...4

1—10 0,5...6 0,1...5 0,1...4

0,0010,0005

1,66101,65852,0GaP 690 12,0565 0,01GaP8,5590 0,3GaN

0,2 8,572 GaN 465

De constructie van 7-segment-uitleeseenheden Wat betreft de constructie van 7-segment-uit- leeseenheden onderscheiden we twee types:a. de hybride uitleeseenheid van afb. 1.99b. de monolithische uitleeseenheid van afb.

1.100 Afb. 1.99 Constructie van een hybride 7-segment-uitleeseenheid (Monsanto).

De hybride uitleeseenheden waren de eerste half­geleider 7-segment-uitleeseenheden. Op een ke- ramiekdrager zijn de lampelementen aange­bracht die onderling met draadjes zijn verbonden. Het aanbrengen van de afzonderlijke elementen en het verbinden met draadjes was een arbeidsin­tensief karwei zodat deze uitleeseenheden nogal duur uitvielen. Moderner zijn de monolitische uit­leeseenheden. De lampelementjes worden direct bij het integreren van de schakeling reeds ver­vaardigd. Hiervoor is slechts een kleine hoeveel­heid loonintensieve arbeid vereist zodat deze uit­leeseenheden veel goedkoper zijn. Het segment bestaat ook niet meer uit afzonderlijke lichtpun­tjes maar is een geheel.

Afb. 1.100 Constructie van een monolithische 7-segment-uitleeseenheid (Monsanto).

Op afb. 1.101 zien we een hybride uitleeseenheid tezamen met de geïntegreerde schakeling. Deze geïntegreerde schakeling kan bijvoorbeeld een teller, een decoder of een geheugeneenheid zijn.

Afb. 1.101 Constructie van een 7-segment-uitleeseenheid met teller, decoder en geheugen.

•HS-»«H3H3°-WH^

°-KH3-

<HS<H4o-W- Afb. 1.102

_ Lichtdiodes met ■ogemeenschappelijke anode - CA-type.

■O

<H3<H3<H3-

Uitleeseenheden met een gemeenschappelijke anodeIn vrijwel alle klokschakelingen kunnen we uit­leeseenheden met een gemeenschappelijke ano­de gebruiken. In de praktijk spreekt men van CA- types (CA = common anode). Op afb. 1.102 zien we de constructie van CA-uitleeseenheden. In het linker type is er slechts een lichtdiode per seg­ment beschikbaar. Bij het rechtertype hebben we per segment twee lichtdiodes, die in serie zijn ge­schakeld. Op afb. 1.103 zien we een 8 mm grote 7-segment uitleeseenheid. Van dit type worden de volgende uitvoeringen door de industrie op de markt gebracht:Litronix

74 Monsanto

Afb. 1.103a 8-mm-7-segment-eenheid van Litronix.

anodeo o0 2 .------ i 1JOOJ fl g jb120°* /-----1 110°S e c o fi r« « 90O 7 OP. Cf

O Tabf Afb. 1.103b

Pin-lay-out behorend bij afb. 1.103a.

vrijanodevrij 9vrij 10o c

anodeDP.da©e

DL-707MAN-7

Afb. 1.105a 16-mm-7-segment-eenheid van Litronix.

Afb. 1.104a 12-mm-dubbel-7-segment-eenheid van Litronix.

^7 9l a7 bl*Ubi*Ub2f2 a2 *>2o o o o o o o o oIQ 17 16 IS 74 13 12 11 10 780O 7

anode170

i I 160f 9 b'5°Li- 74o

02 Oa«7 a2 vrij Afb. 105b Pin-lay-out behorend bij afb. 1.105a.

fAfb. 1.104b Pin-lay-out behorend bij afb. 1.104a.

03f'lsi h '*/ 32 h banode o*

05 9eoe el lc i3o07.'____' 72©oe op. <7

canodeanodeDP.d770

70009

e7 <*7 c7 DP e2 Ö2 92 c2 0/>75

techniek. In de praktijk spreken we van CC-types (common cathode). Op afb. 1.106 zien we de constructie van een eenheid met een gemeen­schappelijke kathode. Alle kathodes zijn hier sa­men genomen en gemeenschappelijk uitgevoerd. De volgende firma's vervaardigen CC-eenheden: Litronix

Hewlett Packard 5082-7730 OpcoaDit zijn monolithische uitleeseenheden. Wat be­treft de hybride types, kunnen de volgende wor­den geleverd:Litronix Monsanto Texas Instruments Sprague DialcoOp afb. 1.104 zien we een dubbele uitleeseenheid van Litronix en op afb. 1.105 een 16-mm-eenheid. De volgende firma's vervaardigen 16-mm-eenhe- den:Litronix Monsanto

SLA-1

L-10DL-704 (8 mm) DL-728 (12 mm) DL-750 (16 mm) MAN-1001 (16 mm)

Hewlett-Packard 5082-7740 (8 mm) Op afb. 1.107 zien we de 5082-7740.

MAN-1TIL-302ED-201745-0003 Monsanto

Vloeibaar-kristal-uitleeseenheden Verschillende firma's brengen al geruime tijd vloeibaar-kristal-uitleeseenheden op de markt (Siemens, Swarovski, BBC enz.). Vloeibaar-kris- tal-eenheden openen gebruiksmogelijkheden die met de tot nu besproken eenheden ondenk­baar waren, omdat deze laatste een veel hoger energieverbruik hebben dan de kristal-eenheden. De vloeibaar-kristallijne toestand is een aparte verschijningsvorm van de materie, die tussen het vaste kristal en de normale isotrope vloeistof in ligt. De vloeibaar-kristallijne toestand is van de twee andere, zojuist genoemde, toestanden ge­scheiden door nauwkeurig gedefinieerde om-

DL-747MAN-6

Uitleeseenheden met een gemeenschappelijke kathodeUitleeseenheden met een gemeenschappelijke kathode vinden we slechts zelden in de TTL-klok-

2£ 2ü i 2S 2\ 21 io 4

Afb. 1.106 Lichtdiodes met gemeenschappelijke kathode - CC-type.

76

^standhouder £$!™d'a?er;smet,glos /TT

• //////V /./ ////// /// /// /// /'/ /✓/

/'/ /// »// /./ :// »//

"UiIr// /./ '/.■/ />/ "< »/' •/< 7/7 /« // 'U./",/" F,asdra9er 'W”"""

transparante elektroden I

vloeibaar-kristal

/•:: Afb. 1.108 Constructie van een vloeibaar-kristal-uit-

leeseenheid.

islagpunten. Vloeibare kristallen zijn organische stoffen met een langgerekte, staafachtige mole- cuulopbouw. Een vloeibaar-kristal-uitleeseen- heid bestaat in principe uit twee glasplaatjes, waarvan elk aan de binnenkant met een elektro- delaag is bedekt en waartussen het kristal ligt. Op afb. 1.108 is deze constructie weergegeven. De dikte van het kristal ligt tussen 6 en 20/xm. Met een speciale constructie van de elektroaeplaatjes wordt bereikt dat de vloeibare kristallen met hun lengte-assen hetzij loodrecht (homeotroop) hetzij parallel (homogeen) zijn georiënteerd.Bij vloeibaar-kristal-uitleeseenheden onderschei­den we drie verschillende elektro-optische effec­ten:a. de vervorming van een opvallende fase (afb.

1.109)

!

Afb. 1.107 Uitleeseenheid met gemeenschappelijke kathode van Hewlett Packard 5082-7740. 77

b. het Schadt-Helfrich-effect (afb. 1.110)c. de dynamische lichtsturing (afb. 1.111).Staat er geen elektrisch veld tussen de elektroden, dan zal het door het kristal vallende licht geen verandering ondergaan. De totale structuur is dus lichtdoorlatend. Zetten we echter een spanning op de elektroden, dan ontstaat er een elektrisch veld en de vloeibaar-kristal-moleculen zullen zich daarnaar richten. Het kristal laat nu geen licht meer door. Al naar gelang de grootte van de aangelegde spanning kunnen we verschillende intensiteiten van dit polarisator-effect bereiken. Met deze vervorming bereiken we een omhoog gerichte fase van het vloeibaar kristal (afb. 1.109). Bij het Schadt-Helfrich-effect bereiken we een homogene oriëntering zowel aan de onderste als aan de bovenste elektrode. Deze zijn echter wel 90° t.o.v. elkaar verdraaid. Daarmede wordt het kristal lichtdoorlatend (afb. 1.110).In het geval van de dynamische sturing zijn de moleculen zodanig gericht dat het kristal geen licht doorlaat wanneer er geen spanning op de elektroden staat. Zetten we een spanning op de elektroden, dan ontstaat er een gecompliceerd elektro-dynamisch effect waardoor een bepaald, gestuurd gedeelte van de eenheid lichtdoorlatend wordt en de andere gedeelten lichtdicht blijven.

polarisator

zonder el. veld

Afb. 1.109 Deformatie van opwaartse fase van eenvloeibaar-kristal-uitleeseenheid.

U-L-U pol.

in het el. veld

pol.

JTTTT

invalsrichting van het licht

ÜULi_Lpo,“ zonder el. veld

Afb. 1.110Schadt-Helfrich-effect bij eenvloeibaar-kristal-uitleeseenheid.

M * Mt n n

pol.

in het el. veld

pol.

78

m/ Op afb. 1.112 zien we de constructie van een 7- segment-eenheid. De fabricage geschiedt met de vertrouwde sandwich-bouwwijze. Op een glas­substraat met de transparante, elektrisch ge­leidende Sn02-elektrode wordt de vloeibaar-kris- tal-laag opgebracht. Deze laag is 12/i.m dik. De afstand tot de andere glasdrager wordt door een 12/xm dikke afstandshouder gewaarborgd. Op afb. 1.113 zien we een viercijferige 7-segment- eenheid van de firma Siemens.De uitleeseenheid van afb. 1.113 is in de niet ge­stuurde toestand lichtdoorlatend. Leggen we een

M/M/lil

/////

/////Afb. 1.111Dynamische sturing van eenvloeibaar-kristaleenheid.

/////

. glassubstraat

12-j*m-afstandshouder

12-Mm-dikke laag van vloeibaar-kristal'"' .1

transparante, elektrisch geleidende Sn02 elektrode

Afb. 1.112 Constructie van een 7-segment-vloeibaar- kristaleenheid.

Afb. 1.113 7-segment-uitleeseenheid van het vloei- baar-kristal-type met vier cijferplaatsen. AN 4131 van de firma Siemens. 79

moeten kleiner dan 1 /xs zijn en de pulsbreedte dient groter dan 30 ns te zijn. De niet gebruikte ingangen kunnen met een wel gebruikte ingang van dezelfde poort worden verbonden.Flipflops:De stijg- en afvaltijden van kloksignalen moeten bij flankgestuurde flipflops kleinerdan 250 nszijn, en bij meester-slaaf-flipflops kleiner dan 500 ns. Bij schuifregisters en tellers die uit meester-slaaf- flipflops bestaan, is een stijg-, respectievelijk af- valtijd van kleiner dan 100 ns nodig. Bij schuifre­gisters en tellers met D-flipflops wordt een maxi­male klokstijgtijd van 25 ns aanbevolen.

spanning aan dan wordt het kristal melkachtig troebel.De plaatafstand bij deze uitleeseenheid bedraagt 10 firn. Om het gewenste effect tot stand te bren­gen is een spanning van ongeveer 0,5 V//xm no­dig. Met toenemende veldsterkte wordt de ver­troebeling ook sterker en bereikt bij 3 tot 5 V//xm de verzadigingswaarde. Het vereiste elektrische vermogen bedraagt ca. 100/x W/cm2 en is dus zeer gering. Omdat vloeibaar-kristal-uitleeseen- heden passieve uitleeselementen zijn, d.w.z.: ze stralen zelf geen licht uit, moeten we in het donker voor een brandend lampje zorgen. In het daglicht is dat niet nodig.

1.7 Algemene gegevens van de TTL-serie 7400

De TTL-serie 7400 is een monolithisch geïnte­greerde serie schakelingen. De typische waarden in de tabellen gelden voor een voedingsspanning van Ub = 5,0 V en een omgevingstemperatuur van T0 = 25 °C. De serie wordt geleverd in een insteekbare plastic behuizing.

O.SSmin

-----(j) <})({)■■$---------

Aanwijzingen voor het gebruik Schakelelementen (poorten):De stijg- en afvaltijden van de ingangssignalen

2,5*Afb. 1.114 Inbouwwijze van de IC's uit de SN 74XX N serie.80

2 Fundamentele schakelingen voor elektronische klokken

Wijze van inbouwenDe TTL-serie SN 7400 N wordt uitsluitend gele­verd in insteekbare plastic behuizing. Er wordt ge­soldeerd aan die kant van het printje dat van de plastic behuizing is afgewend. De pootjes zijn met een hoek van 90° naar beneden gebogen en pas­sen in een gaatjesrooster van 2,54 mm. Doorsne­de van de gaatjes: 0,7 tot 0,9 mm. De onderkant van de behuizing raakt het printje niet nadat het is ingezet, doordat de pootjes van het IC kort voor de behuizing dikker worden (zie afb. 1.114). Nadat het IC in het printplaatje is gestoken, is het handig twee pootjes tot ongeveer een hoek van 30° naar het printje toe te buigen, zodat we tijdens het solderen niet op het IC behoeven te drukken. De maximaal toelaatbare soldeertemperatuur be­draagt bij handsolderen 265 °C (max. 4 s) en bij dompelsolderen 240 °C (max. 10 s).

2.1 Tijdbasis

Voor de tijdbasis kunnen we in principe van twee systemen gebruik maken:a. tijdbasis opgewekt door de netfrequentieb. tijdbasis opgewekt door een kwartsgestuurde

oscillator.

Netfrequentie als tijdbasis Onze netfrequentie bedraagt 50 Hz. Delen we deze frequentie met een frequentiedeler van 1:50 dan houden we een tijdbasis van 1 seconde over. Op afb. 2.1 zien we welke behandeling de netspan­ning ondergaat voor deze aan een frequentiedeler wordt toegevoegd.

netfrequentie enkelzijdige gelijkrichter

0K 0K

Schmitt-trigger

77* ZVA V77/'jVV8‘Afb. 2.1 Frequentieverloop van de lage frequentie tot na de Schmitt-trigger. 81

qrSN 7<*13N220 V 91/ 2,2 kn

BD BD SN 7<t90N7» 1HzSN 7Ï90N QDQd R10nF 2^ZF<t,7 *O R *O *99ï start/stop

Afb. 2.2 Eenvoudige netfrequentie-tijdbasis met toegevoegde start/stop-inrichting bij de Schmitt-trigger.

Qp Qb Qc Qq+ 5V Qr QqQq Q[)220 V 31/

+ 2,2kflBD SN7490NBD SN 7<*90NaR

«9-PlOnF 2?ZF<*,7 *0R0 * 9

start/stop reset

Afb. 2.3 Netfrequentie-tijdbasis voor een stopwatch met start/stop-inrichting.82

Op afb. 2.2 zien we de gehele tijdbasis. De trafo geeft aan de secundaire zijde een spanning van 9 V af. Deze spanning wordt via een weerstand van 2,2 kiï op een Zenerdiode (ZF 4,7) en op de ingang van de Schmitt-trigger gezet. Ten tijde van een positieve halve golf wordt de wisselspanning van de trafo tot 4,7 V begrensd. Ten tijde van een negatieve halve golf wordt deze spanning door de Zenerdiode kortgesloten. De Schmitt-trigger maakt van de fluctuerende gelijkspanning een ge­schikt TTL-signaal. De uitgang van de Schmitt- trigger is metdefrequentiedeler van 1:50 verbon­den. De frequentiedeler functioneert echter slechts wanneer er op de start/stop-ingang van de trigger een H staat. Staat er een L op deze ingang, dan is de Schmitt-trigger gesperd.De twee IC's SN 7490 N vormen de frequentiede­ler, zodat we uiteindelijk een signaal van 1 Hz (tijd­basis van 1 seconde) overhouden. Wanneer we een TTL-stopwatch met een loopnauwkeurigheid van 1/100 seconde willen maken, dan kunnen we het beste de schakeling van afb. 2.3 gebruiken. De uitgangsspanning van 9 V van de trafo zetten we op een dubbelzijdige gelijkrichter, waarna gelijk­gerichte spanning via een weerstand van 2,2 kH op een Zenerdiode (ZF 4,7) wordt aangesloten. Deze Zenerdiode begrenst de uitgangsspanning

tot 4,7 V. De Schmitt-trigger zet de ingangsspan- ning om in een voor TTL-schakelingen geschikte blokspanning, mits er op de start/stop-ingang een H staat. De uitgang van de Schmitt-trigger is met een 1 : 100 frequentiedeler verbonden. De uitgan­gen van de beide delers kunnen via decoders met uitleeseenheden worden verbonden. De linker teller genereert pulsen met een tussentijd van V,oo seconde en de rechter met een tussentijd van V10 seconde. Deze schakeling is ook van een reset-ingang voorzien, zodat de schakeling weer op 0 kan worden teruggezet. Op uitgang Q0 van de rechter teller staat een signaal met een fre­quentie van 1 Hz.

Kwartsgestuurde oscillators Voor klokken die niet overal mee naar toe behoe­ven te worden genomen is de netfrequentie als tijdbasis doorgaans wel voldoende nauwkeurig. Wanneer we echter een portable klok (met bat- terijvoeding) willen maken, hebben we een zeer nauwkeurige tijdbasis nodig. De meest nauwkeu­rige tijdbasis die we kunnen maken is een TTL- oscillator. Op afb. 2.4 zien we de basisschakeling van een TTL-oscillator. Gewoonlijk zijn TTL-scha­kelingen niet voor deze toepassing geschikt, om­dat ze geen instelbare versterkingsfactor hebben 83

tal. Voor de schakelingen in dit boek moeten zo mogelijk kristallen worden gebruikt met een maximale frequentiespreiding van circa 10~6.< Hm—* L-dH'

_ri_n_

Oscillators met Low-Power-schakelingen uit de SN 74 L-serieWanneer er low-power-TTL-schakelingen worden toegepast lopen er, zowel bij H- als bij L-signalen, aanzienlijk kleinere stromen dan wanneer stan­daard IC's zouden zijn toegepast (aangeduid met SN 74XX N). Per poortingang bedragen de stro­men in de L-toestand maximaal 180/xA - maxi­maal 1,6 mA in de standaard-serie - en in de H- toestand maximaal 10/xA - maximaal 40 /xA.Op afb. 2.5 zien we een kwartsoscillator met low- power-schakelingen. De oscillatorfrequentie

ioi—^ Afb. 2.4Principeschakeling van een TTL-oscillator.

en geen lineair werkgebied in de overdrachtska- rakteristiek.Om een wat betere overdrachtskarakteristiek te bereiken, wordt er een weerstand tussen de uit­en de ingang geplaatst. Dit veroorzaakt een ge- lijkspanningstegenkoppeling die het werkpunt stabiliseert. Hiermee realiseren we een tempera- tuurstabilisatie.Aan de oscillator worden de volgende eisen ge­steld:a. De oscillator moet bij een voedingsspanning

die niet lager is dan 3,5 V zeker aanlopen. Is dit het geval, dan loopt de oscillator ook bij tem­peraturen tussen 0 °C en 70 °C aan. Dit is het vereiste temperatuurbereik voor commerciële apparatuur.

b. De spreiding in de oscillatorfrequentie wordt bepaald door de toleranties in het kwartskris-

10nF

-D-r"-pD-HZD—* MZH»

_n_n_

3,3 k n. 3,3kCi Afb. 2.5Kwarts-oscillator met I ow-po we r-

IhtHz 30 pF schakelingen (bijv. NEN-J~ poort SN 74 L 00 N).

\u\—^84

wordt voornamelijk door het kwartskristal be­paald. Met de trimmer van 30 pF kan de frequentie nauwkeurig worden ingesteld. We spreken in zo'n geval ook wel van een trekcondensator. We kun­nen de grootte van de condensator met de vol­gende formule berekenen:

r _ 220 pFfosc

waarin de oscillatorfrequentie in MHz moet wor­den ingevuld. Voor de schakeling van afb. 2.5 kun­nen we invertors uit de SN 74 L serie gebruiken. Omdat we in onze klokschakelingen meestal slechts twee frequenties gebruiken, gelden voor C de volgende waarden: f = 100 kHz C = 2,2 nF f = 1 MHz

Oscillators met standaardschakelingen uit de SN 74 N serieDeze oscillators onderscheiden zich nietwezenlijk van de low-power-oscillators. Alleen bij frequen­ties onder 1 MHz moet in de eerste invertortrap in plaats van de weerstand een inductie van ca. 10 mH worden gebruikt. Hiermee wordt de in- gangsweerstand van de invertor beter aan de resonantieweerstand van het kwartskristal aan­gepast. Op afb. 2.6 zien we de schakeling van een 1-MHz-oscillator.

Oscillator met NEN-poorten uit de SN 74 N serie Met een NEN-poort SN 7400 N kunnden kunnen

C = 220 pF 3... 30pF

10nF_n_n_

Afb. 2.7Kwarts-oscillator met standaard­schakelingen en

ff toegevoegde start/stop- inrichting.

Afb. 2.6Kwarts-oscillator met standaard- schakelingen voor 1 MHz (bijv. NEN-

IFIHz 30pF ZZ680pF poort SN 7400 N).

Ikn

w onc

start/stop85

we een eenvoudige oscillator met een start/stop- inrichting bouwen. De schakeling zien we op afb. 2.7. De 100-H-weerstand waarborgt een gelijk- spanningstegenkoppeling, die het werkpunt van de oscillator stabiliseert. Met NEN-poort N3 wordt de schakeling ontkoppeld en creëren we een start/stop-functie.

dan houden we een uitgangsfrequentie van exact 1 Hz over. De waarden van C voor de schakelingen van afb. 2.5 resp. 2.6 zijn C = 68 pF resp. C = 120 pF. Met de trimmer kunnen we de frequentie nauwkeurig instellen.

6,5536-MHz-osciHatorWanneer we een portable stopwatch bouwen met een nauwkeurigheid van 1/ioo seconde, kunnen we deze kwartsfrequentie gebruiken. Plaatsen we een 15-traps frequentiedeler achter een 6,5536- MHz-oscillator, dan houden we een uitgangsfre­quentie van 100 Hz over.

3,2768-MHz-oscillatorDoor verschillende firma's wordt sinds geruime tijd een nauwkeurig kristal op de markt gebracht dat een frequentie van 3,2768 MHz afgeeft. Na de­ling door zestien tweedelers houden we exact een frequentie van 50 Hz over. Het belangrijkste voor­deel is echter de prijs. Voor een 100-kHz- of een 1-MHz-kristal moeten we tussen de f15,- en f 25,- betalen. Een 3,2768-MHz-kristal kost echter minder dan f 5,—.We kunnen de schakelingen van afb. 2.5 of 2.6 ge­bruiken. Voor de eerste hebben we een condensa­tor van C = 68 pF nodig en voor de tweede een condensator van C= 120 pF.

Ook voor deze frequentie kunnen we weer de schakelingen van afb. 2.5 en 2.6 gebruiken. De condensator krijgt dan de volgende waarden: afb. 2.5, C = 47 pF; afb. 2.6, C = 100 pF.

2.2 Netvoedingen

In dit boek behandelen we alleen de praktische constructie van een netvoeding.De meest eenvoudige, maar niet bepaald goed­koopste voeding maken we met de geïntegreerde spanningsregelaars TBA 325 A en TBA 625 A. De­ze componenten regelen een ingangsspanning

4,194304-MHz-oscillatorVoor deze oscillator geldt ongeveer hetzelfde als voor de 3,2768-MHz-oscillator. Plaatsen we achter

86 deze oscillator een binaire teller met 22 trappen

tussen 8 en 20 V zodanig, dat er een uitgangs- spanning van +5 V overblijft.De TBA 325 A levert een uitgangsstroom van

1,0 A en de TBA 625 A een stroom van 0,25 A. Op afb. 2.8 zien we het aansluitschema van deze bei­de regelaars. De TBA 325 A wordt in een T0-3-be- huizing en de TBA 625 A in een T0-5-behuizing ge­leverd.ingang uitgang

tbr 32S R TBR 62SR

o-I Op afb. 2.9 zien we het blokschema van de span-

ningsregelaar TBA 325 A. In feite bestaat het IC uit zes schakelingen:a. Darlington-serieregelaarb. fout-versterkerc. referentiespanningd. gelijkstroombrone. kortsluitbeveiligingf. aanloopschakeling

ue uaioto

T0 3O

ingang -f-° ° -V uitgang

o

Op afb. 2.10 zien we de inwendige schakeling van de TBA 325 A. De Darlingtonregelaar a wordt aan de basiszijde door de gelijkstroombron resp. door de foutversterker (die uitgangsspanning en refe­rentiespanning met elkaar vergelijkt) ingesteld. De nauwkeurigheid van de uitgangsspanning wordt bepaald door de constantheid van de refe­rentiespanning en de regelversterking.Een belangrijk punt is de kortsluitbeveiliging met 'fold back' aan de uitgangskant. Deze beveiliging spreekt aan wanneer de uitgangsstroom /u bij

massa

TOS

uitgang

ingang

Afb. 2.8 Lay-out van de aansluitingen van de geïnte­greerde spanningsregelaars TB 325 A (T03) en TBA 625 A (T05).

87

darlington-serieregelaar oo

akortsluit-bescherming I(Fold back) e M

gelijkstroom-bron

du, Uu

aanloop-schakeling f spanning c

referentie- foutversterkerb

Afb. 2.9 Blokschema van de geïntegreerde spanningsregelaars TBA 325 A en TBA 625 A.

loopschakeling f die nodig is wanneer U, < UZ2 + UD1

wordt, om een aanloopkarakteristiek vanaf U, = 7 V te waarborgen. Op afb. 2.11 zien we een volle­dige voeding voor TTL-schakelingen.

+ U

I» = L

toeneemt tot_ k- L/u -f C/BE9 — C/bes ~ k)

A?,4(1 - k)

BE8

•max

«11met k =

«11 + «12Bij een kortsluiting aan de uitgang wordt Uu = 0, d.w.z. dat onze vergelijking voor / over gaat 2.3 Complete voeding met tijdbasis

Op afb. 2.12 zien we een complete voeding met tijdbasis. Op afb. 2.13 zien we het printje en op afb. 2.14 de onderdelenopstelling.

u-maxin:

PbE9 ~ ^BE8 n—Jk)/« = /« =

«i4 d - k)waarmee ook de ruststroom /R bepaald is.Tot slot vestigen we nog de aandacht op aan-88

ingangI I----------1 i-------

uitgangI------ 1 r r 'i7e CD ■o

Ri<tR 7 U*6 *9 U^/O*17\

712 7J1 T7

Q*> r9r10 I Y/\*13n«71±C2I____ _l L

T I------*

fit* *13ClDl l22 U R2 0^12t ■—ii—iI1*15 V

I__ J\R*12V

yyVl vizo2 n*Z°7 S V

J31% G *16□*<?x°\TZ

Irc-_j l ijJ L

Afb. 2.10 Inwendige schakeling van de spanningsregelaars TBA 325 A en TBA 625 A.89

2201/

TBR 325 R ■0+51/I+m0,1 jj F T °*7^2200 fjFi i o±

Afb. 2.11 TTL-spanningsvoeding met de geïntegreerde spanningsregelaar TBA 325 A.

+ 5 \Jl aR

ll SN7<t00N BD SN 7<*90N 7 HzqDSN 7*t90N QD R

l^o ps |«o ]»s2201/ 2,2 Kfl

7/V 4003o +5VTBR 325 R lI+± 2200rF 0.1^o.imF Il -°1

Afb. 2.12 Complete spanningsvoeding voor TTL-klokken.

90

o oo o o o o o o ■ N06*)6 NS o o o o o o O

o o o o o o o ■ NOS UNS o o o o oo o

NO-

C5

!;u.3.

0^00^0

•oÖ +

H

I

)\I

Q O V» O0 4-9 49 40 >1 :

**9^ *nyy.n

o oHAfb. 2.14 Lay-out van de onderdelen van afb. 2.13. 91Afb. 2.13 Printplaatje behorend bij afb. 2.12.

2.4 Statische sturing van uitleeseenheden

Bij uitleeseenheden maken we onderscheid tus­sen statische en dynamische sturing. In dit hoofd­stuk gaan we alleen op de statische sturing in.

Statische sturing van Gallium-Arsenide-uitlees- eenhedenIn de klok-elektronica worden vrijwel alleen deze uitleeseenheden gebruikt. Dit heeft het voordeel dat deze uitleeseenheden zonder meer voor TTL- schakelingen geschikt zijn, d.w.z.: we kunnen ze rechtstreeks via een weerstand sturen en we kun-Statische sturing van Nixie-buizen

Op afb. 2.15 zien we de schakeling voor de stati­sche sturing van Nixie-buizen. De uitgangstransis- tor van decoder SN 74 141 N geleidt niet in de rusttoestand. Daardoor kan er geen anodestroom naar de massa lopen zodat de Nixie-buis niet oplicht. Geleidt de uitgangstransistor, dan wor­den de kathode van de buis en de massa met elkaar verbonden; het desbetreffende cijfer zal dan oplichten.

nen de TTL-voedingsspanning gebruiken.Op afb. 2.16 zien we de statische sturing van een DL 707-eenheid van Litronix. Bij een segment- stroom van ls = 20 mA bedraagt de lichtsterkte ca. 2 mcd (millicandela). De berekening van de stroombegrenzingsweerstanden verloopt als volgt:

U>-Usft = /.Ub = de voedingsspanning Us = segmentspanning « 1,7 V /s = segmentstroom

Nemen we een voedingsspanning van Ub = 5 V voor de DL 707 dan krijgen we een weerstand van ft « 150 H. Overschrijden we de segmentstroom van 4 = 20 mA, dan wordt het desbetreffende segment warm. Bij ca. 40 mA is de warmteontwik­keling zo groot dat de inwendige verbindingen gaan verbuigen.

33MCI+ 220 V

5(0123*56709 ZM 1190

TOfffiAfb. 2.15 Statische sturing van een Nixie-buis.SN 7*1*1 N

22 2 2dba c92

+ ub nU*>12

nUb17tUb & :ut?s 12

OP. £ n B c GO Fy n y ii y n y y

y y u y y y yOP. R BE O c F G

21 y y y n y y y5 2 15 13 311 147 1311 37 5 2 15 1*t

E' JP' )B' D' JC' \F' J G' £' J*' 18' JO* JC» JP' JG«

Decoder Decoder

I I I I Ia Ib da c d ib c

Afb. 2.17 Statische sturing van een 16-mm-eenheid met LEDs en gemeenschappelijke anodes.

Afb. 2.16 Statische sturing van een 8-mm-uitleeseen- heid met LEDs en gemeenschappelijke anodes.

DL 747 kan met een constante stroom van ls = 30 mA worden gebruikt. Gebruiken we een voe­dingsspanning van 5 V dan krijgen we een weer­stand van R 47 Cl.Op afb. 2.18 zien we de statische sturingswijze van de DL 704 uitleeseenheid van Litronix. Deze een­heid heeft gemeenschappelijk kathodes, in tegen­stelling tot de DL 707 en de DL 747 die gemeen- 93

In het statische bedrijf moet er op worden gelet dat de segmentstroom niet groter wordt dan /s = 20 mA. Op afb. 2.17 zien we de statische sturings­wijze van de 16-mm-uitleeseenheid DL 747 van Litronix. Bij de DL 747 zijn er twee GaAs-lichtdio- des in serie geschakeld. Daardoor licht elk seg­ment twee keer zo helder op. Tegelijkertijd echter neemt de segmentspanning tot ca. 3,4 V toe. De

schappelijke anodes hebben. Als decoder moeten we de SN 7448 N gebruiken. In de rusttoestand geleiden de uitgangstransistors van de decoder, d.w.z.: er loopt een stroom van + Ub via /?v en de uitgangstransistors naar massa. Spert een van de uitgangstransistors, dan loopt de stroom van + Ub via de weerstand en het lichtsegment naar massa. Het segment zal daardoor gaan oplichten.

XXXXte ( 12?I7

CR B F GDOP E71 71 71 21 71 71 21 71

«vï3 1**,IS 11 135 27

-CZHDeze schakeling heeft het nadeel dat er altijd een tamelijk grote stroom loopt. Deze stroom is altijd ongeveer even groot, ongeacht of het segment nu licht geeft of niet.

Statische sturing van fluorescentie-buizen Op afb. 2.19 zien we de statische sturing van een fluorescentie-uitleeseenheid met een TTL-interfa- ce. Als decoder moeten we hier de SN 7448 N ge­bruiken. Achter de decoder moet nog een buffer, de SN 7407 N, worden geplaatst. De anodes zijn via voorschakelweerstanden met de voedings­spanning van + 12 V resp. + 24 V verbonden. De verhitting van de kathode, aansluiting 1 en 8, kan met wissel- of met gelijkspanning worden ver­zorgd. Bij TTL-klokken gebruiken we de TTL-voe- dingsspanning van + 5 V. Voor de afzonderlijke huistypes krijgen we dus de volgende waarden:

[<[<(<[<[<[<(<[<Decoder

Ac AdTbTa

Afb. 2.18 Statische sturing van een 8-mm-eenheid met LEDs en gemeenschappelijke kathodes. Als deco­der wordt de SN 7448 N gebruikt.

94

+ 12V+5 \Jmm 1,2 knAfb. 2.19 Statische sturing van een fluorescentie-

buis van het type DG 12 H 1 met TTL-interface (SN 7407 N). fh— G

7x2,7kn

:OP.2,7kCl OP o-----CZ3—

9 *SVa 11is a167R 13 1 * 2b b 10K£B 1 12 O |«ll

7T* !(DG,2H' 'ü l,7l

03 C •>2C 6Nd s $ a>3- ;O 6 roK e

73 —T 12\ 7

LT 3 9f«o IS

9 1298 5

WJ .BI/RB&, ---1RB1 1 2 i

Het is mogelijk verschillende verwarmingsspira- len in serie te schakelen. Bij een aantal verwar- mingsdraden in serie moet de massa-aansluiting zó worden gekozen dat de rooster- en de seg- mentstromen via een zo kort mogelijke weg naar massa kunnen afvloeien. Weerstand F\ moet een 95

I, in mAU, in V ^ in ü

DG 8 F DG 10 F DG 10 A DG 12 H 1

1601,4 2224 1501,548 900,7

0,7 80 54

-GV

"'Bs {♦ 5K» CDJifiiiifi7x san2,7 HClrokci

DP2,7 MCI DP o—CD—

JSfcra16R 7 13 na

67e 12 b 10 Fez is^ry (C2 £ 77ft

C 5 DG 12 Hlc

TLd 1Z6O 10 d f7«o

LT 3e

f 13

9« 5 ♦ /♦ ifiw 12

Ti 7* vjy*7*n -721/ o—

K8I 81/RBB

Afb. 2.20 Statische sturing van een fluorescentiebuis van het type DG 12 H 1 met pnp-buffertransistors (bijv. BC 192).

96

vermogen van 1/2 W kunnen dissiperen.Op afb. 2.19 is stuurrooster G via een weerstand van 1,2 kH met de voedingsspanning verbonden. Staat er op de uitgang van de SN 7448 een H (m.a.w.: is de uitgangstransistor gesperd), dan is de pnp-buffertransistor eveneens gesperd en kan er een stroom van de voedingsaansluiting via de voorschakelweerstand in de anode lopen. Het betreffende segment zal daardoor oplichten.Op afb. 2.20 zien we de statische sturing van een DG 12 H 1 uitleeseenheid met een TTL-interface en pnp-transistors (BC 192). Decoder SN 7447 N is als sturingsdecoder gebruikt. Is de uitgangs­transistor van de decoder gesperd, dan loopt er een stroom via de weerstanden van 10 kfl en 6,8 k H naarde basis van de pnp-transistor. De transis­tor spert dan en er kan geen stroom lopen. Komt de uitgangstransistor van de decoder in gelei­ding, dan zal ook de pnp-transistor gaan geleiden en loopt er een stroom naar de anode. Het ge­stuurde element zal oplichten.

den gedoofd. Zetten we een L op de Bl-ingang dan dooft de eenheid, d.w.z.: deze wordt donker. Wordt de L door een H vervangen, dan licht deze weer op. Bij de helderheidsmodulatie kunnen we van deze eigenschap een nuttig gebruik maken. Op afb. 2.21 zien we een schakeling waarmee we de helderheid van de uitleeseenheid kunnen stu­ren. Schmitt-trigger SN 7413 is als blokgenerator geschakeld en levert een frequentie van 1 kHz. De uitgang van de blokgenerator is met de A-ingan- gen van de geïntegreerde monoflops SN 74 121 N verbonden. Bij elke H-L-flank van de blokgenerator wordt de monoflop getriggerd. De pulsbreedte van de monoflop gehoorzaamt aan de volgende formule:

tD = 0,7 -R'C

Condensator C heeft een vaste waarde van C =1 /xF. De weerstand is een combinatie van een vaste weerstand en een potmeter. Daarmee krij­gen we een minimale pulsbreedte van fDmin en een maximale pulsbreedte van fD fDmin = 0,7-2,2-10M0-® « 1,54 ms

= 0,7-7,2-103-10"6 « 5 ms.Bij de pulsbreedte fDmin is alleen de weerstand van 2,2 kH werkzaam. Bij de pulsbreedte fD wordt deze weerstand samen genomen met de

max*

2.5 Helderheidsmodulatie van LED-uitleeseen- heden

De decoders SN 7446 N en SN 7447 N hebben een Bl-ingang waarmee de uitleeseenheid kan wor-

fomax

max97

0 + 51/ + 51/ +51/+ 51/ 11 1u oIJ f Io oI II f

mmE towM ooooooo MmR B C D E F G SN 7447N a bed

R B C D E r G SN 7(***7N a b c d.

R 8 C D E F G SN 7<#-47N a b c cL

R B C D E F OSN 7447A/ a b e d

BIBI BIBI

teller tellertellertellerSka

2,2 ka i

xiSN 71*13 N5 Qo-o.* a Afb. 2.21 Helderheidsmodulatie van LED-uitleeseenheden.

de uitleeseenheid kiezen we een waarde van 47 n. Sturen we nu niet op de Bl-ingang, dan loopt er een segmentstroom van /s = 70 mA. Afhankelijk van de pulsbreedte van de monoflop kunnen we de uitleeseenheid nu meer of minder donker stu-

potmeter van 5 kft, en we krijgen dan in totaal een weerstand R De uitgang van de monoflop is op alle Bl-ingan- gen van de decoder aangesloten. Voor de stroom-

98 begrenzingsweerstanden tussen de decoder en

max*

ren. Bij tDkeer zo lang als bij fDmin. Bij fDmin loopt er een segmentstroom van /s = 70 mA, maar slechts ge­durende korte tijd. Na deze stroomstoot heeft het segment de gelegenheid af te koelen, doordat pas na 1,54 ms de volgende stroompuls van 70 mA komt. Wanneer we het algebraïsch gemiddelde van de stroom berekenen, komen we op een waarde van 20 mA uit. Bij de pulsbreedte tD is de uitgangspuls drie keer zo lang, waarmee we een gemiddelde van 6,66 mA krijgen.Wanneer we de potmeter van aanslag naar aan­slag draaien, veranderen we de helderheid van de uitleeseenheid daarmee met 300%. Geduren­de korte tijd kan de DL 707 wel een stroom van 70 mA verdragen. We moeten er echter wel op let­ten dat de afkoelperiode lang genoeg is. Het alge­braïsch gemiddelde mag de 20 mA niet over­schrijden. Wanneer we bijv. een stroom van 80 mA gebruiken om een segment te sturen, dan moet de puls-pauze-verhouding op de Bl-ingang 1:3 zijn.

schakeling bestaat uit zes gedeelten:Teller: tellercomponent SN 7493 N stuurt met zijn drie uitgangen de SN 7442 N (BCD naar decimaal decoder) en de SN 74 151 N (8 bit dataselec- tor/multiplexer).Decoder: de uitgangen van de SN 7442 zijn op de bases van de buffertransistors van de uitleeseen- heden aangesloten.Buffertransistors: deze buffers zijn pnp-transis- tors. In de niet-gestuurde toestand staat er een H op de decoder-uitgangen. Daardoor zijn de buf­fertransistors gesperd. Wordt er wel gestuurd, dan komt er een L op de decoder-uitgang en de desbetreffende buffertransistor zal gaan gelei­den. Teller SN 7493 N stuurt de decoder met een Dualcode. Daardoor zullen er op de decoder-uit­gangen na elkaar L-signalen komen te staan en zullen de buffertransistors na elkaar gaan gelei­den.Uitleeseenheden: hiervoor gebruiken we alleen eenheden met een gemeenschappelijke kathode. De stroom in de afzonderlijke segmenten wordt door de stroombegrenzingsweerstanden binnen de perken gehouden. De anodes van alle uit­leeseenheden zijn parallel geschakeld. Segment-decoder: dit is een 7-segment-decoder SN 7447 N.

is de uitgangspuls ongeveer driema*

max

2.6 Multiplex-bedrijf van uitleeseenhedenOp afb. 2.22 zien we de constructie van een multi- plex-systeem met acht decimaal-eenheden. De 99

SN 7U<*2NSN7Ï93N "IIrr\D<*o • i*o

*o+ub +ub +ubklok <*c nj

N8%o8

Rnode

cijfer plaats 1

cijfer plaats 0

cijfer plaats 7l« lg g

Q2o ; SN7<t15l

aQ 8 IK

21 < SN7<tl51 bm lhc8 I-dSN7<t<t7 II-e

Hf-Ctn22 ^ JA/ 74 757 S0

ona Afb. 2.22 Multiplex-bedrijf van LED-uitleeseenheden.23 < SN 7(tl51

100

Data-selector: op afb. 2.23 zien we de inwendige schakeling van de SN 74 151 N en op afb. 2.24 het aansluitschema. Het IC heeft acht ingangen, E0 t/m E7. Op al deze ingangen staat tegelijkertijd de uitgangsinformatie van de afzonderlijke tellers. Via drie data-selectie-ingangen A, B en C worden de data-ingangen binair gekozen.De werkwijze van de dataselector/multiplexer verduidelijken we met de volgende functietabel:

Strobe oO-

fnChEo o

Ej o-

nChe2 *

*3 +oQEh O-

* • •. >

*6 O >ub Eff Es E6 E7 ft16 IS 1<ï 13 12 11 10 9

i—ii—ii—i r~i i—i i—ï i—i i—ï

B C

£7 O

■HW 1 2 3 <> 5 6 7 6£3 £2 £7 E0 O Q Strobel.

Afb. 2.23 Inwendige schakeling van de SN 74 151 N. Afb. 2.24 Aansluitschema van de SN 74 151 N.

101

ingangeningangen de signalen van de vier dataselectoruitgangen tot een 7-segment-code om. Komt er op een van de uitgangen van de decoder een Lte staan, dan kan er een stroom van de voedingsspanning via de pnp-buffertransistor,het lichtsegment, de stroom- begrenzingsweerstand en de uitgangstransistor van de decoder naar de massa lopen. Al naar ge­lang de klokfrequentie slaat teller SN 7493 van LLL naar LLH om. Daardoor zal de tweede deci­maal van de uitleeseenheid worden gestuurd. Het multiplex-systeem zit zo in elkaar dat de af­zonderlijke uitleeseenheden na elkaar worden ge­stuurd. De dataselectors zorgen ervoor dat het multiplex-systeem synchroon werkt.De LED-eenheden worden in het multiplex-bedrijf met pulsen gestuurd. Hierbij doet zich nog een fysisch fenomeen voor. In tegenstelling tot rode GaAsP-LEDs hebben rode GaP-LEDs een verza­digingspunt. Boven dit verzadigingspunt treedt er, ook bij een verdere toename van de doorlaat- stroom, geen verdere stijging van de lichtsterkte op. We moeten dus met zekere grenzen rekening houden wanneer we GaP-LEDs met pulsen gaan sturen. Groene GaP-LEDs vertonen geen verza­digingsverschijnselen, we moeten echter wel op de maximaal toelaatbare sperlaagtemperatuur letten.

uitgangenEo Ei E2 E3 E4 E5 E6 E7 Q QC B A SXXXXXXXX LXXXXXXX h\x X X X X X X x\l X X X X X X X h\x X X X X X X x\l X X X X X X X h\x X X X X X x x\l X X X X XXX h\x XXX XXX x\l XXX X X X X h\x X X X X X X x\l X X X X X X x h\x X X X X X x x\l X X X X X X x h\x X X X X x x x\l XXXXXXXH

XXX LLL LLL LLH LLH L H L L H L L H H L H H H L L H L L H L H H L H H H L H H L H H H H H H

X = H- of L-signaal. De werkwijze voor het multi­plex-bedrijf is dus tamelijk eenvoudig.Aanname: de tellerstand van de SN 7493 N is LLL.

H H L H LL

L L HL H LL L HL H L

LL HH L L H H L L H H L L H H L L H H L L H

LLLLLLLLLL

Decoder-uitgang O voert een L waardoor de pnp- buffertransistor geleidt. Tegelijkertijd vindt er een keuze door de vier dataselectors plaats. Hierdoor zijn de vier data-ingangen E0 op uitgang Q aan-

102 gesloten. Segment-decoder SN 7447 N decodeert

3 Klokschakelingen in TTL- techniek

condensator is ontladen. De stop-schakelaar moet daarbij gesloten zijn. De vertragingstijd kun­nen we berekenen met:

fv «fl-C« 4,7 • 1 o3 n • 10 • 10"8 F ~ 47-103 seconde of ~ 47 ms.

3.1 Klokschakelingen met ZM 1040 cijferbuizen (40 mm hoog)

Op afb. 3.1 zien we een 24-uurs-klok met vier cijferplaatsen. Als cijferbuis zijn hier de 40 mm ho­ge buizen van het type ZM 1040 gebruikt. De TTL- IC's van deze schakeling hebben een voedings­spanning van + 5 V nodig. Hiervoor kunnen we de netvoeding van afb. 2.12 gebruiken. De net- transformator moet een wikkeling hebben, die 170 V afgeeft. Deze gebruiken we voor de ano- despanning van de cijferbuizen. De anodespan- ning van 170 V moet met een diode worden gelijk­gericht.Als tijdbasis kunnen we de schakeling van afb. 2.12 gebruiken.De uitgangsfrequentie van de tijdbasis staat op de 1-Hz-ingang. Om de schakeling zo nauwkeurig te maken, is er een monostabiele multivibrator aan de 1-Hz-ingang gekoppeld. Deze multivibrator is met twee NOF-poorten (SN 7402 N) gecon­strueerd. Na een puls bevindt de multivibrator zich onmiddellijk in de metastabiele toestand, en blijft daar net zo lang in tot de weerstand over de

De positieve flank van de 1-Hz-ingang wordt ge­bruikt voor de triggering van de monoflop. Stoorpulsen die na de triggering komen hebben geen invloed meer, omdat ze de uitgang van de monoflop niet bereiken.Met de stop-schakelaar kunnen we het ontlaad- proces van de condensator onderbreken. Daar­mee stoppen we de klok. Deze stop-functie heb­ben we nodig om de klok gelijk te zetten.De uitgang van de monoflop is rechtstreeks met de A-ingang van de decimaalteller verbonden (SN 7490 N). De SN 7490 deelt het 1-Hz-signaal tot er een signaal van 0,1 Hz overblijft. Op de D- uitgang krijgen we dus de seconde-tientallen. Tel­ler SN 7492 N werkt in deze schakeling als 1:6-de- ler. Daartoe wordt de D-uitgang van de SN 7490 met de BC-ingang van de SN 7492 N verbonden.Op de C-uitgang van de SN 7492 N krijgen we een pulsreeks die met de minuten overeenkomt. Wan- 103

—O * 170 1/ 27 ka27HCI27 na27 ka

+5V

61/

5A/74 74 7A/SN 74 747/V SN 74 747NSN741Ï1N

lo CBRIiC B R RC D BO B R C

±ri-1 flo 8080 SN7<t90NSN 7490A/ 5/V 7490/V 5A/ 7492/V 8C88 1*0 *0*0 *9*0 *9T

22nFHh gïW|

•*" 6-flOpF

Ofll80 70/iF*. i 7tf*o—{KT-

IQOkSl

I6«,ISS0PF

°05/V 7490/V *SN 7b 92 N BC 4,7/fnn 680 Irs'i P**0 *9 1poPP r

uren-insteller minuten-insteller stop

Afb. 3.1 24-uurs-klok met 4 cijferplaatsen met de cijferbuizen ZM 1040.104

:

tien-minuten-teller B, C en D zijn met de decoder- ingangen A, B en C verbonden. Decoder-ingang D is rechtstreeks met de massa verbonden. Dit is nodig omdat de letterdecade van 0 tot 5 telt maar de decoder een vierde variabele nodig heeft. De minuten-tientallen-teller is met de uren-insteller verbonden. Met de uren-insteller kunnen de uren en de uren-tientallen worden ingesteld. Dit proces komt overeen met het instellen van de minuten­stand.De twee uren-tellerdecades bestaan uit twee SN 7490 N. Bij het bereiken van tellerstand 24 worden de twee tellers door de NEN-poort op 0 teruggezet.

neer de tellerstand 59 ontstaat, springen beide tel­lers terug.Het uitgangssignaal van de beide tellers is met de minuten-insteller verbonden. De vooraanstelling van de tijd geschiedt met de bistabiele multivi- brator. Omdat de NEN-geheugen-flipflop, die uit twee NEN-poorten van het type SN 7400 N be­staat, onmiddellijk na het indrukken van de scha­kelaar in de andere stand springt, heeft een verder bedienen van de schakelaar geen enkele invloed meer.Bij het instellen van de minuten laten we de minu­ten eerst naar een bepaald getal lopen. Daarna voorkomen we met de stopschakelaar dat er nog verdere pulsen worden geteld. Nu kunnen we met de minuteninsteller het gewenste aantal minuten instellen. Stemt op een bepaald moment de voor­ingestelde tijd met de werkelijke tijd overeen, dan sluiten we de stopschakelaar waarmee de secon- depulsen weer binnen kunnen komen.De minuut-eenheden worden door teller SN 7490 N gegenereerd. Decoder SN 74 141 de­codeert de tellerstand en de buis wijst het aantal minuut-eenheden aan.De D-uitgang van teller SN 7490 N is met de BC- ingang van de SN 7492 verbonden. De SN 7492 N werkt als 1:6-deler. De drie uitgangen van deze

;!

i'

■

I

I:

3.2 Klokschakeling met cijferbuis ZM 1242

Op afb. 3.2 zien we de schakeling van een 24-uurs- klok met zes cijfers. Op de 1-Hz-ingang van de monoflop staat de uitgangsfrequentie van de tijd- basis. De one-shot waarborgt een grote bedrijfs­zekerheid.De uitgang van de one-shot is met teller SN 7490 N verbonden. Deze teller stuurt decoder SN 74 141 N en de buis geeft de seconden-eenhe- den aan. De seconde-tientallen worden door de volgende teller SN 7492 N gegenereerd. 105

■o+ 170 V33Mn 39HCI 39KCI 39*Cl39 Mn 39Mn

1.1 3. 2 O 2SN7+Mh/SN7M1NSN71WN SW747V7NSN7UUM SNTUkIN

XX C D B nB cc D R rB r c BB R C B RD

w tluVV^ SN7U90N BD BDBb SN7U92N SN 7^9 ONSN7Ï90NSN7192NSN 74 9 ON BCBC RR yJ Rps ------------ R

r9p. B0*0 BsRq Rg *0

WpF

«1HZ\i*,7Kn0—4 SN 7<t00N

iookn\

J680J 6e0pF

22nFSN 7tOONSN7U00N

SN7<*00Nwo Mn

X^eox“ 6B0pF

SQOpF

PF SN7Ï02N

uren-insteller minuten-insteller stop

Afb. 3.2 24-uurs-klok met 6 cijferplaatsen met de cijferbuizen ZM 1242.106

De uitgang van tellerdecade SN 7492 N is via de minuten-insteller met teller SN 7490 N (minuut- eenheden) verbonden. We kunnen gebruik maken van de decimaalpunt van cijferbuis ZM 1242. De kathode van de decimaalpunt wordt rechtstreeks met de massa verbonden en licht dus permanent

de stopschakelaar dat er nog verder wordt geteld. Nu kunnen we de uren en de minuten op de ge­wenste stand zetten. Elke keer dat de schakelaar wordt ingedrukt, wordt het getal van de decade één eenheid verhoogd. Wanneer de van tevoren ingestelde tijd met de werkelijke tijd overeen­stemt, sluiten we de stopschakelaar waardoor de klok verder zal lopen. Gebruiken we de netfre- quentie als tijdbasis voor de klok, dan bereiken we een nauwkeurigheid van ca. 5 seconden per dag. Een grotere afwijking overdag wordt 's nachts weer ingehaald. Experimenteel is gebleken dat een nauwkeurigheid van ± 1 seconde per maand wordt bereikt wanneer de schakeling van afb. 2.12 als tijdbasis wordt gebruikt.

■

op.Na tellerdecade SN 7490 N voor de minuut-een- heden komt tellerdecade SN 7492 N voor de minuten-tientallen. De uitgang van deze decade is via de ureninsteller met de teller voor uur-een- heden verbonden.Bij de uur-eenheden-cijferbuis verbinden we de kathode van de decimaalpunt weer met massa. Hierdoor kunnen wede uren beter van de minuten onderscheiden.De tellerdecade voor de uur-eenheden stuurt met zijn uitgang de uren-tientallen-teller. Bereikt de uitlezing de stand 24 uur dan springt de gehele eenheid op nul terug. Met een kunstgreep rond decoder SN 74 141 N kunnen we een nul onder­drukking voor de urentientallen creëren.De tijdinstelling geschiedt met twee schakelaars. De schakeling van afb. 3.2 kan op elk moment worden gestopt en ingesteld. Voor het instellen van de klok laten we allereerst de eerste tellerde­cade tot 00: lopen en verhinderen vervolgens met

i

3.3 24-uurs-klok met vier fluorescentiebuizen

Op afb. 3.3 zien we een 24-uurs-klok met uren- en minutenaanwijzing. De uitleeseenheden worden statisch gestuurd, d.w.z.: er staat geen pulsreeks op de uitleeseenheden. In principe is de telscha- keling voor de seconden, de minuten en de uren dezelfde als die van afb. 3.1.Voor de decodering van de tellerstand gebruiken we de SN 7448 N. Deze decoder heeft een actieve L-uitgang. De zeven uitgangen van de decoder 107

-0+51/ *12 V

~TIT11S2.2 kd VTT TT T T lJ~2.2 kfl Vj \J 2.2 kfl Vf TT TT K*A

1,2kfl

(tfft CZHO-

■o-o-f=> -o--CZho 2,7 kn 2.2kn

GSN7<+07NSN7Ï07NSN7Ï07NSN7U07N

I71

SN7t*<*BNSN7<t<>eNSN7<t<*6NSN7W8N

CBRIpJT. s. ± D C B R D C B R

B D eo flOSH7Ï90NSN7Ï90N SN 749ONSN 7452N BCR R Rpo po Iff9«9 R0 Rg«O -r

22 nF--------- ------------—11- min.-inst.

uren-insteller j BD

iSpRfJsooJ1

I 7°fJF ^

<*,7kfi n 680 iflD

;ooAn SN7Ï92N -g£- SN7Ï90N

X^eoX PF*0 Rq Rgpf PF ■r stop

Afb. 3.3 24-uurs-klok met 4 cijferplaatsen met de fluorescentiebuizen DG 12 H.108

zijn op de buffer SN 7407 aangesloten. Omdat er slechts zes buffertrappen per IC beschikbaar zijn, moeten we het gebruik van de buffer voor de verschillende decades combineren. In totaal zijn er niettemin slechts vier buffers van het type SN 7407 N nodig. De anodes van de fluorescen­tiebuizen zijn via een weerstand van 2,2 kCl met de voedingsspanning van + Ub = 12 V verbon­den.Staat er een H op de uitgang van decoder SN 7448 N dan is de uitgangstransistorvan buffer SN 7407 gesperd. Daardoor kan er een stroom naar het segment van de buis lopen waardoor de­ze oplicht. Staat er daarentegen een L op de deco- der-uitgang, dan geleidt de uitgangstransistor van de buffer en kan er geen segmentstroom lo­pen. De segmenten blijven donker.Op afb. 3.4 zien we het vooraanzicht van een 24- uurs-klok met fluorescentiebuizen van het type DG 12 H. Op de achterzijde is de elektronica inclu­sief de voeding aangebracht. Dit klokje werd voor een auto gemaakt.De kwartsoscillator van afb. 2.6 is als tijdbasis ge­bruikt. De frequentie van 1 MHz wordt met zes IC's van het type SN 7490 N tot een frequentie van 1 Hz teruggebracht. Het kwartskristal heeft een nauwkeurigheid van 10*10-6. De klok is daar-

i

Afb. 3.4 Vooraanzicht van een 24-uurs-klok met de fluorescentiebuizen DG 12 H.

door ook zeer nauwkeurig. Bij een preciese ijking is een afwijking van 4 seconden per maand normaal. Wordt de omgevingstemperatuur m.b.v. een kwartsthermometer constant gehou­den, dan mogen we een afwijking van 0,2 seconde per maand verwachten.De voedingsspanning van + 12V kan recht­streeks van de accu worden betrokken. De voe- 109

dingsspanning van + 5 V kunnen we met span- ningsregelaar TBA 325 A opwekken.De vermogensopname bedraagt ca. 5 W bij een voedingsspanning van + 12 V. Wordt de uitlees- eenheid uitgeschakeld, dan verandert de vermo­gensopname nauwelijks.

DG 61 A wordt via een transistor-interface ge­stuurd.Teller SN 7493 stuurt de vier multiplexers en decoder SN 7442 N. Van decoder SN 7447 N wor­den slechts zes van de tien uitgangen gebruikt. De uitgangen sturen via pnp-transistors van het type BC 250 het stuurrooster.Een probleem bij deze klokschakeling is het instel­len van de uren. Hiervoor bestaat echter een een­voudige oplossing. De T-ingang is in klokbedrijf op een frequentie van 1 Hz aangesloten. Willen we de klok instellen, dan sluiten we deze ingang op de netfrequentie van 50 Hz aan. De minuten kunnen daarmee in ongeveer 70 seconden wor­den ingesteld. De uren stellen we met de 1-Hz-uit- gang van de tijdbasis in. Dit duurt maximaal 24 seconden.Verbinden we de reset-ingangen met poorten, dan kunnen we daarmee een eenvoudige stop­watch maken. Na het terugzetten van de geza­menlijke tellerdecades sluiten we de klokingang op de 1 -Hz-uitgang van de tijdbasis aan. Willen we de tijdmeting onderbreken, dan onderbreken we de verbinding eenvoudig met een schakelaar die zich tussen de tijdbasis en de schakeling bevindt.

3.4 24-uurs-klok met zes cijferplaatsen en een fluorescentiebuis van het type DG 61 A

Met de meervoudige fluorescentiebuis DG 61 A (afb. 1.96) kunnen we een erg interessante 24- uurs-klok maken. Gebruiken we de DP 89 A van afb. 1.97 als uitleeseenheid, dan krijgen we een bijzonder fraai front.Op afb. 3.5 zien we de schakeling van deze klok.

Uitleeseenheid DG 61 A werkt in multiplex-be- drijf. Op de T-ingang is de uitgang van de tijdbasis aangesloten. Zes tellerdecaden zetten de in- gangsfrequentie van 1 Hz in minuten, uren en seconden om. De uitgangen van de afzonderlijke tellerdecades zijn op multiplexer SN 74 151 N parallel aangesloten. PulsgeverSN 7493 stuurt de multiplexer.De uitgangen van de vier multiplexers zijn op

110 decoder SN 7447 N aangesloten. Cijferbuis

i

M M fe ipGi*500Hz <Nm

O) o*£ -------- 1 7*n

gWHHlga^ o1£*o Gg <3 ♦51/[HHHH^70XA TOkCi

OP.□CoC□CoC<=HCotroicÖC 250

g6 G51 ®3 ^2 Gja a

/_/ i_j i_i i_i i__ii_j i i i i_jmU u

bb ts ic> 'dc e

Iffllïfe,‘O

d-61/

-0-721/■O I200CI1aa aa O6 Co

6 | SN7WS7N“ SU7U5Wj- SN 74 757 A/ - SN7<t151N

7

KKE' *02 'c 6 p d c 6 al

SN7<>92n\bc L SNT^SON r°TQn ü dd c b

SN7(*92N\bc

r d c b a [_ SN 7^9 ON ^

d c b a SN7U90N\~rSN 7<t90N ff QL

BDBDBD BD p? ps\*0 ^ pO \*9 pO

Afb. 3.5 24-uurs-klok met fluorescentiebuizen DG 61 A.

Po|*ö *s

111

segmenten regelen. Daartoe moeten we de Bl- ingangen van de vier decoders met klokpulsen sturen. Wanneer een L op de ingang staat, worden de uitgangstransistors van de decoders gesperd en kan er geen segmentstroom lopen.De schakeling van afb. 3.6 is zeer geschikt als autoklok omdat de cijferbuizen, die 16 mm hoog zijn, zeer lichtsterk zijn. De voedingsspanning van de cijferbuizen is via het contactslot met de accu verbonden. De uitleeseenheid brandt alleen wan­neer de voedingsspanning is ingeschakeld. In de rusttoestand betekent dit een aanzienlijk lagere stroomopname. Tussen het contactslot en de uit- leeseenheden moet wel een zekering worden op­genomen. In de auto moeten we een kwartsoscil- lator als tijdbasis gebruiken. Metfrequentiedelers brengen we de kwartsfrequentie tot 1 Hz terug. Deze frequentie sluiten we op de 1-Hz-ingang van de klokschakeling aan. Als voeding kunnen we weer spanningsregelaar TBA 325 A gebruiken. De stroombegrenzingsweerstanden van 150 ft moe­ten tot 300 ft worden verhoogd.

3.5 24-uurs-klok met 4 cijferplaatsen en GaAs- uitleeseenheden DL 747

Op afb. 3.6 zien we de schakeling van een 24-uurs- klok met 4 cijferplaatsen en GaAs-uitleeseenhe- den van het type DL 747.De tellerschakeling komt met de schakeling van afb. 3.1 overeen. Als decoder voor de 7-segment- eenheden gebruiken we de standaard-decoder SN 7447 N. De weerstanden geven we een waar­de van 150 ft. De voedingsspanning voor de DL 747 is + 10V. Deze kan via een gelijkrichter rechtstreeks van de transformator worden af­genomen. De spanning behoeft niet gestabili­seerd te worden. Er loopt een segmentstroom van:

10 V - 3,4 V =150 ft

Een segmentstroom van 44 mA kunnen de uit- leeseenheden ook gedurende langere tijd zonder beschadiging verdragen.Gaan alle segementen van een eenheid tegelijk branden, wat echter niet mogelijk is, dan loopt er een totale stroom van ca. 1,2 A. In de praktijk loopt er een maximale stroom van 0,8 A.De 7-segment-decoder SN 7447 N heeft een Bl-in-

112 gang. Hiermee kunnen we de helderheid van alle

— 44 mA

3.6 24-uurs-klok met 6 cijferplaatsen en GaAs- uitleeseenheden DL 707

Afb. 3.7 toont een 24-uurs-klok met GaAs-cijfer-

* o *10 VrOL 7*7 DL 7*7 DL 7*7 Oi. 7*7

ƒ / / f/ /I II I

Q---0 OUZO 0ZE37* f5on

SN 7**7NJA/ 7**7N SA/ 7**7A/SA/ 7**7A/

i.0 CBRc B R D B RO C

¥BD BD SN 7**90N 80SN 7*50 N SN 7* 9 ON SN 7*92N BCR pö*0 «5 *0«O «9 r

22nPSA/ 7*00 A/ Hh- SN 7*00A/ BDr

^ SQOpF

o—(WT-lookn vj

*0SN7<t90N RSN7W2N BC 7 h 600 ^

—:------- >^»-Jja/7*02X

stop

T SBOpF600 *0PF T

uren-insteller minuten-insteller

Afb. 3.6 24-uurs-klok met 4 cijferplaatsen met GaAs-uitleeseenheden van het type DL 747.

113

buizen die 8 mm hoog zijn. De telschakeling komt overeen met die van afb. 3.2. Als decoder gebrui­ken we weer standaardelement SN 7447 N. De

o +701/rDL 707DL 707

stroombegrenzingsweerstanden hebben een waarde van 300 ft, zodat we een segmentstroom krijgen van

/ //_/

0—0o—o 7* joon= 10 V - 1,7 V

300 ft = 28 mASN7W7N5A/74V7A7

De bedrijfsspanning voor de 7-segment-eenhe- den behoeft niet gestabiliseerd te zijn.

d c b r D C B R

QrRc£ SN 7<*90N - SN 7**90N

3.7 Datumaanwijzing

Een datumaanwijzing betekent een wezenlijke uit­breiding van ons klokkenassortiment.Op afb. 3.8 zien we de schakeling voor een datum­aanwijzing. Op ingang T is een monoflop aan­gesloten teneinde de stoorzekerheid van de scha­keling te vergroten. Ingang T wordt op de reset- verbinding van de beide uur-teldecades aan­gesloten, en wel achter de eerste NEN-poort. De uitgang van deze NEN-poort voert in de rust­toestand een H-signaal. Wordt de klok gereset, dan ontstaat er een H-L-flank, die op de monoflop echter geen invloed heeft. Is het reset-proces

114 voorbij, dan ontstaat er een L-H-sprong die de

BD*9*O

2ZnFHh

r

dagen-insteller

Afb. 3.8 Schakeling voor datumaanwijzing met bui­zen van het type DL 707.

+10VTTr r T

DL 707 04 707 DL 707 DL 707 DL 707 04 707

f“ii / / / ; i I i l ii / O.

0---0Tl 'p- -I II I I I

ij---Op 0—0H5SN7<><*7N SN7M7NSN7WN SN 7WNSN7<h<*7N SN 7<t<*7N

-JÖJc Jö cC B8 R RB R D C P « D C B B D C 8 R

uSN 7<*90 N SN 7<f90N 60 BD BOSN 7*>90NSN 7<*32N SN 7<*90N SN7U92NBC BC

R R -JapsR pöj*Q Rq Rg RoRq Rq Rg*9

22nF 22 nFSN 740ON SN 7Ï00N■o 1Hz

SN 7400A/ SN 7ÏOON 6 BOpF

1,7 k Cl/ooaqI

i«?rioo nn I

Tfiöo T-r- seopF

680 pF £<‘SN 7<*02N -

stopschakelingminuteninstellingureninstelling

Afb. 3.7 24-uurs-klok met 6 cijferplaatsen en GaAs-buizen DL 707.

115

de 24 uur een L-H-sprong op de T-ingang ver­schijnt. Met de dag-insteller kunnen we nu de ge­wenste datum instellen. Na het instellen moet de stopschakelaar weer worden gesloten.De datumaanwijzing van afb. 3.8 heeft geen auto­matische terugzetting. Dit heeft het voordeel dat we niet aan het schema van het aantal dagen per maand zijn gebonden. Elke maand kunnen we het aantal dagen apart instellen.Overschrijdt de datumaanwijzing de 99 dan springt de teller automatisch op 00 terug. Dit is in de IC's SN 7490 N ingebouwd.

monoflop van de datumaanwijzing zeker zal trig- geren.Achter de one-shot bevindt zich in de schakeling een dag-insteller. De uitgang van de bovenste NEN-poort is met ingang A van teller SN 7490 N verbonden. De vier uitgangen van de eerste tel- decade zijn via decoder SN 7447 N met uitlees- eenheid DL 707 verbonden. Deze buis geeft de dag-eenheden aan.De D-uitgang van de eerste teldecade is met in­gang A van de tweede tel-decade verbonden. De vier uitgangen zijn via de decoder met de linker cijferbuis verbonden. Deze geeft de dag-tientallen aan.De schakeling van afb. 3.8 is niet van een automa­tische reset voorzien. Op elke laatste dag van de maand moet de tellerstand met de nulzetknop worden teruggezet.In de bedrijfstoestand maakt de reset-schakelaar verbinding met massa teneinde de beide teldeca- des te laten werken. Openen we de schakelaar dan komt er een H op de R0-ingangen te staan en wordt de teller gereset.De datumaanwijzing kan op elk moment worden stopgezet en ingesteld. Voor het instellen van de datum openen we eenvoudig de stopschakelaar.

116 Dit is echter niet altijd nodig omdat er slechts om

3.8 Dagaanduiding

Een dagaanduiding geeft de twee beginletters van de dag aan. Op afb. 3.9 zien we hoe deze let­ters tot stand komen wanneer we gebruik maken van de 8-segment-buis DG 19 E.

Linksboven op afb. 3.9 zien we de segmentidenti- ficatie van de DG 19 E. Wanneer we de zondag willen aangeven hebben we de volgende seg­menten van de twee buizen nodig: buis x (beginletter): X = acdfg buis y (tweede letter): Y = abcdef De andere segmenten mogen niet tegelijkertijd

aansluitschema zondag maandag dinsdaga x y x y y

'I hlb I 111 I I //// /

/ / /

II III Id

x-abce f h y = abcde f

x = acd Fg y = abc def

adefghx -y - h

woensdag donderdag vrijdag zaterdagx X X X yy y

ui i

ui i/_/_ / /

ii i ii i ii

ii. iix = a cd fg y = a b c e fg

x = adefgh y-abc d ef

x - aefgx=abcefhy = h

Afb. 3.10Karnaugh-diagram met don't-care-velden voor een letterdecoder.

Afb. 3.9 Voorstelling van letters m.b.v. de 8-segment- eenheid DG 19 E.

117

oplichten. In de volgende tabellen is de werkwijze van de dagaanwijzing weergegeven. Functietabel voor buis x (beginletter):

c b a

cx —0 + 1 + 3 + 6dx = 0 + 2 + 4 + 6ex =1 + 2 + 3 + 4 + 5fx = 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6gx = 0 + 2 + 3 + 4+ 5hx = 1 + 2 + 3 + 4ay = 0+1 + 4 + 6by = 0+1 + 4 + 6Cy=0 + 1+ 4 + 6dy = 0 + 1 + 4ey = 0 + 1 + 4 + 6fy = 0+1 + 4 + 69V =6hy = 2 + 3Voor de sturing van deze decoder hebben we een teller nodig die van 0 tot 6 telt. Hiervoor kunnen we de SN 7492 N gebruiken. Wanneer we alle af­zonderlijke vergelijkingen met hun poorten na­bouwen, dan zou dat een heleboel elektronica vergen. Met behulp van het 'Karnaugh-diagram' kunnen we de letter-decoder aanzienlijk vereen­voudigen. Op afb. 3.10 zien we een Karnaugh- diagram voor drie variabelen. Deze map, zoals ze ook wel worden genoemd, heeft in totaal acht mogelijkheden. Voor onze decoder hebben we echter slechts zeven mogelijkheden nodig, omdat de week maar zeven dagen heeft. De onbenutte

Nr. abcdefgh0 HLHHLHHLSO L L L

L L H L H L L H H H L L H L H H H L

1 HHHLHHLHHLLHHHHHHHHLHHLHHLLHHHHHHLLLHHHLHLHHLHHL

MO2 Dl3 Ml4 DO5 F6 SA

Functietabel voor buis y (tweede letter):abcdefghc b aNr.

L L L L L H L H L L H H H L L H L H H H L

SO0 HHHHHHLLMO HHHHHHLL

LLLLLLLHLLLLLLLHHHHHHHLLLLLLLLLLHHHLHHHL

1Dl2Ml3DO4

5SA6

Uit deze twee functietabellen kunnen we nu de vergelijkingen voor de afzonderlijke segmenten afleidenax=0 + 1+ 2 + 3 + 4 + 5 + 6

118 bx = 1 + 3

X- Kl/Oa = H

S3 2 3 3 6x X X b ac5 4l O O7 7 c = ab + bc + bc

d - a

e = a + bc + bc f - N

g = bc *- ab + bc h - ac + bc + abc

a = H b = ac C = ab + bc + bc

2 3 6X X 2 3 2X

5 4 57 O 5 O

a + bc + bc f-H g = bc + ab + bce =

y-KVD

a = ac + bc b - ac Sc c = ac bc d = b c + ab z - ac + bc. f = ac + bc g = bc h = bc

6X

o7

b = ac -t- bc c -ac + bc d=bc* ab

S6x x

O7 7 4 O

f - ac bc g-bc h = bce = ac + bc

Afb. 3.11 Karnaugh-diagrammen voor de afzonderlijke segmenten van de 8-segment-uitleeseenheid DG 19 E.

119

x-uitleeseenheid y-uitleeseenheid

d e f g h fb hb do c ea c 9

t t i u+51/+51/

L i\ i i \

o oOOO o o o ocbacba

Afb. 3.12 Letter-decoder met gemengde logica.

120

+SV *2W*\ r,2*n0

+SV + 2W 1,2ka

b c W3 b c ~3 e f h)

2,7 nn. 2,7kn

O—"

AAAAAAAA sn7<iobn

*

i o-Off

1N 91*+ V \7 v V 2vwv V vwwv v 5? w 37^737 v vw WW WW WW •oa <bbb 5]c\

O) cr ff c ±1£ d<0

Afb. 3.13 Technische realisering van letteraanduiding met de buizen van het type DG 19 E.121

4 Stopwatch-schakelingen in TTL- techniek

mogelijkheid duiden we als een 'don't-care-veld' aan. Op afb. 3.10 is er een x in dit veld geplaatst. Op afb. 3.11 zien wede maps voor de afzonderlijke segmenten. Rechts zien we de geminimaliseerde vergelijkingen. Met behulp van deze geminimali­seerde vergelijkingen kunnen we de decoder voor de dagaanduiding samenstellen (afb. 3.12).Op afb. 3.13 zien we de technisch realisering voor buis DG 19 E. Teller SN 7492 N telt van 0 tot 6 en springt dan automatisch weer naar 0 terug. De drie uitgangen b, c en d zijn de directe variabelen voor de diode-matrix. Met behulp van de drie in- vertors verkrijgen we de inverse van de directe variabelen. Met de diodes realiseren we de af­zonderlijke EN-poorten. Wanneer we gebruik ma­ken van diodes van het type 1 N 914 of 1 N 4148 zal de diode-matrix ons ongeveer f 5,- gaan kosten. De uitgangen van de diodeschakelingen zijn met de ingangen van de NOF-poorten verbon­den. Omdat de NOF-poorten door een inverteren­de buffer worden gevolgd krijgen we in totaal een OF-schakeling. Een dubbele invertering is immers een bevestiging.De uitgangen van de inverterende buffers zijn met de cijferbuizen verbonden.

In dit hoofdstuk zullen we op de verschillende mogelijkheden voor stopwatch-schakelingen in gaan. In totaal zijn er vier verschillende soorten tijdmetingen:a. standaard-start/stop-tijdmeting,b. event/time-out-tijdmeting,c. Taylor/sequential-tijdmeting,d. split/cumulatieve tijdmeting.

4.1 Standaard-start/stop-tijdmeting

De meest eenvoudige vorm van tijdmeting is de standaard-start/stop-tijdmeting. Op afb. 4.1 zien we de werkwijze van deze tijdmeting.

*0 tl *2 '3AY AY AY AY

start stop start stop start

terugzetten

Afb. 4.1 Werkwijze van de standaard-start/stop-tijd- meting.

terugzetten

122

Op moment t0 starten we met de meting. Na een zeker interval stoppen we op moment fv Op de meter is nu de lengte van het tijdinterval tussen f0 en t, af te lezen; we kunnen de seconden, minu­ten en uren opnemen en stellen de tijdmeter weer op 0 in. Op moment t2 starten we de meter voor de tweede tijdmeting. Na een bepaalde tijd berei­ken we moment t3 waarmee het tweede tijdinter­val is beëindigd. We stoppen de tijdmeting en we kunnen de tijdsduur van het tweede interval van onze meter aflezen.De tijdmeting volgens de standaard-start/stop- methode kunnen willekeurig lang voortzetten. Bij het begin van de meting starten we onze meter en bij het eind van de meting stoppen we deze. Na elke tijdmeting wordt de stopwatch op 0 terug­gezet.Op afb. 4.2 zien we de schakeling van deze tijdme­ter. In principe bestaat de klok uit drie onderdelen:a. de kwartsoscillator die de meettijd levertb. het stuurgedeelte met de start/stop-flipflopc. de teller en het uitleesgedeelte.De oscillator bestaat uit een kwartskristal en drie NIET-poorten. De oscillatorfrequentie bedraagt in de schakeling van afb. 4.2 exact 1 MHz. Met de 30 pF condensator kunnen we de frequentie pre­cies instellen.

De drie op de uitgang van de oscillator aangeslo­ten IC's van het type SN 7490 N fungeren als deler en genereren frequenties van 100 kHz, 10 kHz en 1 kHz. De uitgang van de laatste delertrap levert 1 kHz; deze frequentie komt dus precies met inter­vallen van 1/1000 seconde overeen. Op deze uit­gang is NEN-poort G, aangesloten. Flipflop SN 7470 N is de stuur-flipflop van deze schake­ling. In de rusttoestand staat er op uitgang Q van de flipflop een L, zodat er op de uitgang van G, ook een L zal staan. Met een L op de startingang wordt de meting begonnen, doordat de flipflop door een L op ingang P wordt geset. Op uitgang Q komt nu een H te staan, waardoor ook op de uit­gang van G, een H komt te staan. De 1-kHz-pulsen kunnen poort G^ nu passeren waardoor ze op het meest rechts gelegen teller-IC komen te staan. Dit IC telt de duizendste seconden. Bij 10 geeft deze aan de naastgelegen tellerdecade v een over- drachtspuls af waarmee we de honderdste secon­den dus tellen.Met de schakeling van afb. 4.2 kunnen we van 1/1000 seconde tot 9 uren, 59 minuten, 999/1000 seconde een tijdintervalmeting uitvoeren.Is een interval beëindigd, dan zetten we een L op de stop-ingang. Doordat er een H op de nulset-in- gang staat, staat er een H op de uitgang van G2 123

!

VV7,0seconden 7000WOminutenuren -o+ 101/1 TTIrI707Oi. 707DL 707 DL 707DL 707DL 707DL 707DL 707 nn i i i ii ii ii ii i

n. O u. .. u u. i u u uo—o o o—Q Q—o iji Q—o O—Q 0—0 7*330a

SN7W7N SN7(t<*7N SN 7<*<t7NSN7it<+7NSN 7997 NSN 7997HSN 7997NSN 7997 N

3? B CR R C D R B D c D DC B B C R B RB R B OB C C \DR O R

BO BO BOBD JSN7990N

BOSN 79 9ONSN 7992NSN 79 90N SN7992N SN 7990 N SN 7990N SN 7990N

BC BC R R R RRRRq R9 Rq Rq R3 Rq R0 r9 R0 r9 R0 r9 r9rO

10nF r\rtM'rth afl-0-1 L-CH—[V^iun lun

JLQTflO RJ_ ]BDQR[

tZ^GirR RSN7990N SN 7990N — °D

SN 7990N%aD n uizettenSN 79-70 N Gj G2

—|Q P ----------------

-o*0 r9 r0 r9 r0 *9 o Stop •o start

30pF-r MOP?1 MHz

Afb. 4.2 Schakeling voor een standaard-start/stop-tijdmeting.124

en dus een L op de uitgang van G3. Flipflop SN 7470 N zal hierdoor terugvallen en op uitgang Q komt een L te staan. Hierdoor stopt de tijdme­ting; poort G, spert nu immers.Op de uitleeseenheid staat nu het resultaat van de tijdmeting. Wanneer we het resultaat hebben af­gelezen, kunnen we de inhoud van de tellers uitwissen door een L op de nulset-ingang te zet­ten.Voor de drie ingangen start, stop en nulset heb­ben we gewone schakelaartjes nodig. Met een korte druk op het knopje kunnen we de meting be­ginnen, stoppen of de aanwijzing uitwissen. Al­leen wanneer we deze schakelaars indrukken, wordt er een L op een van de ingangen gezet. In de rusttoestand staat er altijd een H op de ingan­gen.

Het wezenlijke voordeel van de schakeling afb. 4.2 is de mogelijkheid het meetresultaat weer zeer snel uit te wissen bij een verkeerde start. We behoeven hiervoor slechts kort op de nulsetknop te drukken. Hiermee zal de flipflop terugvallen. Tegelijkertijd worden alle tellers door invertor G4 weer op 0 teruggezet.

van

4.2 Event/time-out-tijdmeting

Deze vorm van tijdmeting wordt bij ijshockey en bij handbal toegepast. Op afb. 4.3 zien we de werkwijze. Op moment t0 begint het spel en de tijdmeting. Op moment t, wordt een speler ge- foult en het spel onderbroken. De meting wordt op moment gestopt. Op moment t2 wordt het spel weer voortgezet en starten we de meter weer.

I

'5*310 *7 12 Afb. 4.3 Werkwijze van de event/time-out-tijdmeting.H1

verdertellen

stopverdertellen

stopstopstart

125

V1001/lOsecondenminutenuren o + 70l/TTIDL 707 DL 707 DL 707DL 707DL 707DL 707DL 707DL 707I I I I I I I II II II II I

u U.L\ U 1 üiU U 1 Um h U I \uBi V-0 p o—ii V-m—Q O—O pV-0 O—O7-330n

SA/7447NSN 7WN SN 7WNSN7M7N SN 7<t<*7NSN7M7NSN7M7N SN 7WN

R ! JL-L O cjöcR B D R B R B DR B C D B Ü R C DR B C C R B

{ JBD BD BDBD BDBDSN7Ï90N SN7Ï90N 5N74S2A ~ SN 7^9 ON SN7Ï92N SN 7Ï90N SN7Ï90NSN 79-9 ON

BC BCR R R R RR\ R02\R9 r01 r02 r9 R0 *0 r9 r0 Rq Rg Rq Rg Rq r9V

V A P BD aR BDp\ wJ- ■■ —L. rS^ Rg SN7Ï90N aORg SN 7^9 ON aD Gj-GrMJi

* -CH •—CJ— >in n uizetten

SN 74 70 NqR BD aRIkfl 1 MD BD E ■o stopCIOh 1R R

P30pF 1MHz i 680pF

■o startSN7990N qDSN7Ï90N % Afb. 4.4

Schakeling voor de event/time-out-tijdmeting.*9126

Uitgaande van de al gespeelde tijd tellen we nu verder. Op moment f3 wordt het spel opnieuw onderbroken. De meter wordt weer gestopt tot het spel wordt voortgezet.Bij deze vorm van tijdmeting, wordt de meting dus onderbroken zonder dat de inhoud van de tel­lers wordt uitgewist.Op afb. 4.4 zien we de schakeling die we voor deze tijdmeting nodig hebben. We kunnen driefunctie- eenheden in de schakeling onderscheiden:a. de kwartsoscillator met de bijbehorende fre-

quentiedelers,b. het stuurgedeelte met de flipflop,c. de teller en het uitleesgedeelte.De kwartsoscillator genereert een frequentie van 1 MHz. Deze frequentie wordt d.m.v. vier deel- trappen van het type SN 7490 N tot frequenties van resp. 100 kHz, 10 kHz, 1 kHz en 100 Hz terug­gebracht. De frequentie van 100 Hz komt overeen met intervallen van 1/100 seconde.De drie ingangen worden met drie eenvoudige schakelaartjes gestuurd. Drukken we de startknop in, dan moet deze een L-signaal afgeven. Flipflop 7470 N wordt hierdoor geset en via poort G, komt de frequentie van 100 Hz op de rechter teltrap te staan. Met een L-signaal kunnen we de flipflop resetten en het 100-Hz-signaal de weg versperren.

De meter zal daardoor niet verder tellen en op de uitlezing blijft hetzelfde getal staan. Zetten we een L op de startingang, dan wordt de flipflop ge­set en de tellers gaan weer verder. Is het spel af­gelopen, dan zetten we een L op de nulset-ingang. Hiermee worden alle tellers op 0 gezet.

nu

4.3 Taylor/sequential-tijdmeting

Deze wijze van tijdmeten is wat gecompliceerder dan de hiervoor besproken manieren. Op afb. 4.5 zien we de werkwijze. We beginnen de tijdmeting op moment t0. Nadat moment t, bereikt is, wordt de meter gestopt, de gemeten tijd wordt in een geheugen opgeslagen en een nieuw meetproces wordt gestart. Bereiken we moment t2 dan stop-

(

*2<7*0^ K

stopopslaannulzettenstart

stop opslaan nulzetten start

Afb. 4.5 Werkwijze van de Taylor/sequential-tijdme­ting. _____________ _______________

start

127

minuten secondenuren

| DL 707 Tq*- 707

1/10 Vwo0+101/I DL 707 DL 707 DL 707DL 707 DL 707

I I I II I I I I II I I II II I U» h ' LJ» h U Uo h LJ LJ

Q- —O g Q---Q Q—fri V--Q Q—OOP—Q Q---Q5EE05N 7447NSN7447NSN 7447N SN7447N SN7447N SN 7447H SN7447NSN7447N

R BC\D ,1 11 -U CiSN 7475N C2

R B cXo R B CIOR |8 C*Q,

R B C D P B C D P B C DR B C DCjC7

SN 7475N SN 7t+7SN SN 7*+7SN5N 747SN SN747SNSN7475N SN7475Nc2 C2Elc2C2 C2

R BBR C DR R B C DC DR R R B C BB C B C D

C DR B8080BO 80BO 80SN 749ON

R 1*5 |SN 7490NSN7492N SN 74 9ONSN7490NSN 7490N SN 7492NSN 7490N RBCBC

RR R H—poRpö poIC7 R°i Ü2L ï r°2 rs «o*9*9R9*9

f u BD QRaR BO {>G3fl-L g4flo S/V 74 70NaD10nF

SN7490NSN 7490N G2«9 0^3ftr <jiso n^J meten

7*n ;/rn L 80 Qflö8 8010H Gj8

:Z 70n8Od °030pF in Hz128 iöeOpF 5SN 749 ONr9 SN7490N «9 won

Afb. 4.6 Schakeling voor de Taylor/sequential-tijdmeting.

.

pen we de meter, slaan de inhoud op en beginnen opnieuw.De Taylor/sequential-tijdmeter kunnen we als rondenmeter gebruiken. Een hardloper start op moment Na verloop van tijd heeft hij een ronde afgelegd en passeert hij het startpunt opnieuw. We stoppen de eerste meting en starten onmid­dellijk een nieuwe. Passeert de renner opnieuw het startpunt, dan wissen we de tijd van de laatste ronde uit. Deze wijze van tijdmeten geeft niet de uiteindelijke totale tijd aan, maar we kunnen wel de rondetijden telkens vergelijken.Op afb. 4.6 zien we de schakeling van deze meter. In de schakeling worden acht geheugen-flipflops van het type SN 7475 N gebruikt. De schakeling heeft maar één ingang, de meet-ingang.In de ruststand staat er een H op de meetingang, d.w.z. dat er in de ruststand een H op flipflop SN 7470 staat. Ditzelfde geldt ook voor de andere ingang van de flipflop. Schakelen we de voe­dingsspanning in, dan staat er op uitgang Q van de flipflop een L.Via de invertor G, komt er nu dus een H op de poorten G2 en G3 te staan. G2 geeft de telimpul- sen door en G3 is voor de teldecades. Poort G4 is een niet-inverterende buffer voor de geheugen- flipflops.

Voor de sturing bij het begin van een meting zijn de beide one-shots nodig. De ingangs-monoflop is een zogenaamde NOF-monoflop. Deze reageert alleen wanneer er een H-L-sprong op de ingang komt te staan. De uitgang van de monoflop ge­nereert dan een korte L-H-sprong, die door de vol­gende invertor in een H-L-sprong wordt omgezet.De tweede monoflop is een NEN-monoflop. Deze reageert alleen wanneer er een L-H-sprong op de ingang wordt gezet. De uitgang geeft dan een H- L-sprong af, die op de C-ingang van de flipflop komt te staan.In de ruststand werkt de schakeling, maar de uitle- zing geeft een 0 aan. Met een H-L-sprong op de meetingang beginnen we de meetfase. De in­gangs-monoflop genereert een L-H-sprong, die geïnverteerd op de P-ingang staat. De flipflop wordt geset en op uitgang Q staat een H. Deze H wordt door G, geïnverteerd, zodat G2 zal sperren voor de telpulsen. Via invertor G3 komt er op de R0-ingangen van de tellerdecades een H te staan, en deze worden daardoor op 0 gezet. Het H-sig- naal van uitgang Q van de flipflop wordt via de buffers aan de geheugen-flipflops doorgegeven.Deze flipflops worden daardoor geopend en de teller zal gaan werken.Het meest wezenlijke van deze tijdssturing is ech- 129

i

rende buffer aanbrengen, kunnen we met een schakelaar, na het aflezen van het meetresultaat, de lopende meting in beeld brengen.

ter de NEN-flipflop. Bij een L-H-sprong ontstaat er aan de uitgang pas na een tijd van 1 ms een H- L-sprong. Met deze sprong wordtflipflop SN 7470 gereset. Op uitgang Q van deze flipflop komt een L te staan en daarmee begint de meetfase tussen r0 en tvBereiken we moment f„ dan zetten we een H-L- sprong op de meetingang. De ingangsmonoflop genereert een H-L-sprong op zijn invertor-uitgang en set de flipflop daarmee. Uitgang Q gaat van L naar H. Daardoor wordt poort G2 voor de telpul- sen gesperd, de teldecade op 0 gezet, de vorige tellerstand van de teldecade door de geheugen- flipflops overgenomen en de monoflop getrig- gerd. Na een tijd van ca. 1 ms valt de flipflop terug, waarmee poort G2 weer zal doorlaten. De tel- decades kunnen nu weer werken, de geheugen- flipflops slaan de overgenomen inhoud van de teldecades op en de uitleeseenheid geeft het resultaat van het eerste tijdinterval aan.Bereiken we moment t2, dan begint detijdsturing weer opnieuw.In de schakeling van afb. 4.5 kunnen we nog een kleine verandering aanbrengen. Met een tweede stuuringang kunnen we de lopende rondemeting in beeld brengen. Wanneer we poort G4 door een

130 NEN-poort vervangen en daarachter een inverte-

4.4 Split/cumulatieve-tijdmeting

Met deze vorm van tijdmeting kunnen we de tus­sentijden opnemen en aan het eind van de meting het totale resultaat aflezen. Op afb. 4.7 zien we de werkwijze van de split/cumulatieve-tijdmeting. Op moment t0 starten we met de meting. Na de tijd f, brengen we de eerste tussentijd in beeld en op moment f2 verschijnt de tweede tussentijd op de uitleeseenheid. Bij deze tijdmeting worden de afzonderlijke rondetijden gecumuleerd, ofwel achter elkaar gezet. Aan het eind van de meting lezen we de totaaltijd af.De schakeling van afb. 4.8 is eenvoudig van op-

10 ti *2

tussentijd tussentijdstart

Afb. 4.7 Werkwijzevan de split/cumulatieve-tijdmeting.

I

minutenT DL 707 \dL7Ö7

uren [OL 707

seconden |ol 707

T/ro 7/rooTol 707 T DL 707 T DL 707 o + 10V1o o/_/ _LL_n AJ t' b' 8

P---9 0—Q g g—g p—Qg FF? F77? FF? F1 J« 7* 330fl

:SN7UU7N SN7W7N SN7<*<t7N SN7<t<*7N SN7<t<*7N SN7WN SN7W7N 3A/7V47N

* Sj_c_L° R B C D RB Cl0 R B C D RB C±ö TfflTFfo lp IfilC |0 R B C D

&SN 7<*75N SN 7^7SN SN7Ï7SN SN7<*75N SN7175NSN 7<*7SN SN 7<t75N SN 7<>7SN

<* C2 C2<2 <*ü p a c R 6 C,3 tjÖDao ao 60ao jSN7W0N BDSN 7<*90N SN7930N SN7<t90NSN7Ï92N SN 7(*90N SN7932N SN7Ï90N I8CÖC R-Ja L__

[*9 *0R R ---------- r1*

*0 *9*o *oRqi R02 *0 *3*0

0C\QuulY afl 80 aR BDR{> aoQo

-O-Hh^h *9, SA/ 7490WSN 7490/V tussentijdRS &

F7AA 7Afl o stopG ao aa aoI0H « Pi ■o sfart

Qo Qo30pF 1MHz Zl6ÖOpF

«9 SN7<t90N R9 SN7Ï9QN 131Afb. 4.8 Schakeling voor een split/cumulatieve-tijdmeting.

bouw. Met een L-signaal starten we de meting. Na de tijd f, zetten we een L op de tussentijd-ingang. Daardoor wordt de tussentijd in de geheugen-flip- flops opgeslagen en op de uitleeseenheid ver­schijnt de tijd. Wanneer we de tussentijd hebben afgelezen, zetten we weer een H op de ingang. De geheugen-flipflops gaan weer open en op de uit­leeseenheid kunnen we het tijdsverloop volgen. Bereiken we moment f2, dan zetten we een L op de tussentijd-ingang. De geheugen-flipflops slaan de tellerstand op en we kunnen de tweede tus­sentijd aflezen.

decoder ligt aan massa waarmee een betrouwba­re werkwijze is gewaarborgd. Met de decoderuit- gangen sturen we de pnp-buffertransistors en tegelijkertijd het speciale geheugen van het type 8 T 10 van de firma Signetics. De sturing van de D-flipflops (de 8T10 bevat vier flipflops) ge­schiedt via de ingangen IND,S1 en IND|S2. De twee ingangen zijn of met elkaar verbonden of een van beide ingangen ligt aan massa zodat de ingangspoort als een NOF-poort functioneert.Op afb. 4.10 zien de we de inwendige schakeling van de 8 T 10. Deze component heeft tri-state uit­gangen, d.w.z. dat de uitgangen drie niveaus kun­nen aannemen. De functietabel ziet er als volgt4.5 Multiplex-schakeling voor stopwatch-

schakelingen

Tot besluit van dit boek vindt u op afb. 4.9 een multiplex-schakeling voor stopwatches. Monoflop Mt is als klokpulsgenerator gescha­keld. Deze klokfrequentie is van de /?C-verhouding afhankelijk. De erachter geplaatste monoflop M2 draagt zorg voor de pulsvertraging voor de hel- derheidsmodulatie. Uitgang Q van monoflop M, is met de klokingang van de 4-bit binaire teller SN 7493 verbonden. De uitgangen van de tellers zijn met de ingangen van de decoders van hetty-

132 pe SN 7442 N verbonden. De D-ingang van de

uit:

OUTdis Qn + 1Dn INdisLL L L

H HL LQn opslaan hoogohmig

X H LX X H

X = H- of L-signaal.Met de ingang IND1S kunnen we de ingangsin- formatie van de ingangen D0 t/m D3 opslaan, wanneer het geheugensignaal een H is. De uit­gangen bevinden zich dan in de hoogohmige toestand, wanneer er een H op uitgang OUTD)S

Dz 2N 3 O 4

£ I 55

r 07 .■qO 2 *701/*n ■9C !O) *>S&6■«

6N 07 8C 760 7MCI |

ÖC 760 |7HA |

BC160

qaöQ/A/S7<^^ 7*974^JN91<*<^IN3 7^Vw97^VrAV97?^/ TW97JV

ac 760ac 760 8C76008i* 7xnR inn<oL

/A/9/4

UOL 747 / I r / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1|_xs 5^7472j4

rH~~”2~I1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1

5 5 5 3 ï £ Jï

!*51/0-0®— « ±C

jrv Sf/ 74/23 AVI

pi *7 j-> 0000 000*™flflCO £ F G

JA/ 7447A/881

-o- -4 -

u4 6 6J2 37 II I 1 Ic I<0 o <sno o sno o 8 tio o 8 7 70o£ .£ 8770O5 ° Q TIO<A L

87 708 7 70

VV

tellertellerAfb. 4.9 Multiplexer voor een stopwatch-schakeling.

tellertellertellertellerteller teller

133

staat. De hoogohmige uitgangstoestand is een wezenlijk voordeel, hetgeen we op afb. 4.9 kun­nen zien. Alle uitgangen van de geheugen-flip- flops zijn op logische wijze met elkaar verbonden. Daarmee sparen we een aantal OF-poorten uit die we anders nodig zouden hebben om de uitgangen met elkaar te verbinden.Aanname: op uitgang 1 van decoder SN 7442 N staat een L, wanneer teller SN 7493 N zich in de toestand LLL bevindt. Geheugen-flipflop 1 wordt door het L-signaal geactiveerd en zet de geheugen- inhoud op de data-bus. De data-bus geeft deze aan decoder SN 7447 N door. De andere uitgan­gen van deze decoder voeren op dat moment een H-signaal. Voor de geheugen-flipflops betekent een H-signaal echter dat de opgeslagen informa­tie door de tri-state uitgang wordt geblokkeerd. De uitgangen van de andere geheugens zijn hoogohmig en we kunnen dus via de data-bus in­formatie transporteren.De data-bus geeft de informatie aan decoder SN 7447 N door. Deze zet deze informatie in een 7-segment-code om. Omdat de desbetreffende büffertransistor T, geleidt, kan er een stroom van de voedingsspanning via de büffertransistor, de lichtdiode (segment), de stroombegrenzings- weerstand en de uitgangstransistor van de deco-

qindts i

&o ■oClock$INDIS 2~

°o°-.

d a'Cl

té

o dO7oClt4

020- o aat4

Dj O- d dCl

—D—1 —ooutdis 1—°0UT0ls2

CLERR

Afb. 4.10 Inwendige schakeling van de 8 T 10 (Signe- tics).

134

der naar massa vloeien. De aldus gestuurde diode geeft dus licht.Geeft blokgenerator nog een puls af, dan telt component SN 7493 N een eenheid verder. Op de uitgang van de teller verschijnt de toestand LLH. Daardoor krijgt uitgang 2 van decoder SN 7442 N een L terwijl op de andere uitgangen een H blijft staan. Buffertransistor T2 gaat geleiden en geheu­gen 2 geeft zijn informatie aan de data-bus door. Deze zet de informatie op zijn beurt op decoder SN 7447 N. Gedecodeerd komt de bus-informatie vervolgens op zijn uitgangstransistors te staan. Er

kan nu stroom door de segmenten van de tweede uitleeseenheid vloeien.De klokfrequentie van generator M, dient onge­veer 1 kHz te zijn, opdat de uitleeseenheid niet zichtbaar flakkert. De schakeling van afb. 4.9 kan voor alle vier de meetmethoden worden gebruikt. Op afb. 4.11 zien we het aansluitschema van de 8 T 10.

l + ubD Cfear D 03 D 02 3 07 3 Oq 3 ZMoiS 2 3 wOM 7

0uTDIS1C 0uTDU2C 2

03 C 3O2 c ^07 C 5 Oq C 6

Clock C 7 IC 8

f6175l<t

731211109

Afb. 4.11 Aansluitschema van de 8 T 10.

135

De inhoud van dit boek kan in vier delen worden gesplitst:1. Componenten voor digitale klokken in TTL-techniek: Hier­

bij worden de poortfuncties, flipflops, delers, decoders, uitleeseenheden en algemene gegevens van de 74-serie behandeld.

2. Basisschakelingen voor TTL-klokschakelingen: Gesyn­chroniseerde en kwartsgestuurde oscillatoren, voedings- apparaten, helderheidsregeling enz.

3. Klokschakelingen in TTL-techniek: De gegeven schakelin­gen lopen uiteen van de eenvoudige klok met 4 cijfers tot klokken met datum- en dagaanwijzing.

4. Stopwatch-schakelingen in TTL-techniek: Hierbij worden 5 schakelingen behandeld voor tijdmetingen.

Dit boek is geschikt voor de beginner op het gebied van dedigitale elektronica. Ook de gevorderde zal echter vele inte­ressante toepassingen vinden van de TTL-schakelingen.

: >

•. v: - V::

V'> .•>. •

; "v:f*

-u

\ISBN 90 201 11027

.yPraktische ElektronicaDe boeken uit deze serie zijn bestemd voor de elektronica- amateurs die zelf schakelingen willen bouwen zonder gecon­fronteerd te worden met uitvoerige theoretische verhandelin­gen.

Elk deel bevat een verzameling schema's die spe stemd zijn voor de zelfbouwer. Een uitvoerige bou zing ondersteunt élk ontwerp.Met recht kunt u van 'bouwboeken' spreken. oliotheek Nee