apri/salva file

ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
Relazione sull’esperienza di laboratorio
Titolo dell’esercitazione: Somma binaria
Descrizione sommaria dell’ esperienza
Realizzare un circuito combinatorio in grado di sommare due numeri da 2 bit ciascuno e che permetta la
visualizzazione della somma su un display a 7 segmenti.
( e segnalare traminte l’accensione di un led la situazione di riporto in uscita)
Membri del gruppo
Capogruppo: xxxxxx xxxxxxxx
a) Elenco dei componenti e della strumentazione
Per la realizzazione del circuito abbiamo impiegato i seguenti componenti:
Nr.
Descrizione
1
Alimentatore di tensione
Strumentazione
1
Bread Board
Strumentazione
1
Dip – Switch
Componente
4
Resistenze
2.2kΩ
Componente
1
Resistenza
390 Ω
Componente
1
Full-Adder
74283
Componente
1
Decoder
4511
Componente
1
Display 7 Segmenti
1
Resistenza
1
Led
Titolo del progetto
Valore
Tipo
Componente
390 Ω
Componente
Componente
Autore
1
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
Schema a blocchi del circuito
DIP
SWITCH
2
DECODER
FULL
ADDER
2
3
7
DISLAY 7
SEGMENTI
Analisi dei singoli blocchi
 DIP-SWITCH
Per realizzare il circuito assegnato, dobbiamo fornire in ingresso due numeri a due bit ciascuno. Per
implementare tale situazione, è necessario utilizzare una soluzione che permetta in modo semplice
l’inserimento e la successiva modifica dei bit che formano il numero binario.
Il circuito che si intende realizzare, lavora con la logica TTL e quindi ciascun valore binario è associato ad
un preciso valore di tensione:
o 5 Volt corrispondono all’1 logico
o 0 Volt corrispondono allo 0 logico
A
Fig. 1
Il metodo più semplice per implementare questa situazione, consiste nell’utilizzare degli switch. Lo
switch è infatti un componente che può assumere solamente due posizioni: posizione di ON, ovvero
circuito chiuso, e posizione OFF, ovvero circuito aperto. Una possibile configurazione circuitale che
permette di associare allo stato dello switch un livello di tensione, e quindi un livello logico, è quella
indicata in figura 1 chiamata “Configurazione con resistenza di Pull-up”. In questa situazione, quando lo
Titolo del progetto
Autore
2
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
switch è nella posizione OFF (come da figura), il pin A è flottante; il livello di tensione è quindi pari a 5
volt in quanto il pin A si trova collegato all’alimentazione (+5v) tramite la resistenza R1. Viceversa,
quando lo switch si trova nella condizione OFF, il pin A risulta cortocircuitato verso la tensione di
riferimento (ground) ed il livello di tensione associato è pari quindi a 0 volt.
 FULL ADDER
I due numeri a due bit forniti dal blocco precedente devono ora essere sommati tra loro. Per fare
questo, è possibile utilizzare un sommatore logico. Essendo i numeri a due bit ciascuno, per effettuare
la somma corretta, devo tenere in considerazione anche il riporto e quindi la scelta ricade sull’utilizzo di
un Full-adder.
In commercio esistono vari tipi di full-adder integrati ma la nostra scelta ricade sul comune circuito
integrato 74283, che è in grado di sommare due numeri a 4 bit ciascuno.
Fig. 2
Come si vede dalla fig. 2, il circuito ha 9 ingressi (2 numeri da 4 bit ciascuno numerati da A1 a A4 e da
B1 a B4 più il pin Cin che indica il riporto in ingresso) e 5 uscite (4 bit che rappresentano la somma
numerati da S1 a S4 più il Cout che indica il riporto in uscita).
Considerato che il problema richiede di sommare due numeri a due bit, colleghiamo i bit in ingresso ai
bit meno significativi del sommatore (A1 e A2 per il primo numero e B1 e B2 per il secondo numero);
per evitare poi eventuali interferenze o comportamenti non desiderati, colleghiamo gli ingressi non
utilizzati A4,A3,B4,B3 e Cin al potenziale di riferimento basso, ovvero agli 0 volt.
La somma tra due numeri a due bit sappiamo che produce come risultato un numero a due bit più un
terzo bit di riporto (nel nostro caso S1 e S2 con S3 che rappresenta il riporto in uscita); quindi i bit S4 e
Cout non vengono utilizzati e come tali vanno lasciati flottanti.
 DECODER
Arrivati a questo punto del progetto, disponiamo di un numero a tre bit (due più il riporto) che deve
essere visualizzato su display.
Si deve quindi convertire il numero in rappresentazione binaria in un opportuno codice che sia in grado
di pilotare e quindi accendere i segmenti di un display in corrispondenza della rispettiva codifica in
decimale. Il numero da convertire è formato da tre bit derivati dalla somma di due numeri a due bit e
quindi la massima cifra rappresentabile è il numero decimale 6.
Per svolgere questa funzione è possibile utilizzare il decoder integrato 4511 il cui schema con tabella di
verità che ne rappresenta il funzionamento è il seguente:
Titolo del progetto
Autore
3
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
a
b
c
d
e
f
g
h
A
B
C
D
LE
BI
LT
Fig.
3
Titolo del progetto
Fig. 4
Autore
4
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
Come si vede dalla fig. 3, il decoder in esame ha 4 bit dati in ingresso, 3 segnali di controllo e 7 bit di
uscita.
Dalla tabella di verità (fig. 4) osserviamo che per quanto riguarda i bit di ingresso, il bit D è quello che
rappresenta il bit con peso più significativo (MSB); considerando che dobbiamo convertire un numero a
tre bit, l’ingresso D non viene utilizzato e come tale va vincolato al potenziale di riferimento basso,
ovvero allo 0 logico.
I tre segnali di controllo in ingresso al decoder, svolgono delle funzionalità particolari e per far si che il
decoder lavori in modo corretto, devono essere vincolati a dei valori di tensione prefissati. Cerchiamo
quindi di capire quali sono le funzioni di questi ingressi.
L’ingresso LE (latch enable), permette di memorizzare un numero binario in ingresso al decoder:
quando vale 0, il numero presente sugli ingressi del decoder viene correttamente convertito;
nell’istante in cui tale ingresso passa da 0 a 1, il decoder mantiene in uscita la conversione del numero
presente quando LE valeva 0, anche se gli ingressi cambiano.
L’ingresso LT (lamp test), permette di verificare il corretto funzionamento del display collegato all’uscita
del decoder: quando vale 0 fissa a 1 tutte le uscite (accendendo quindi tutti i segmenti del display);
viceversa, quando vale 1 il decoder funziona normalmente.
L’ingresso BI (banking input), permette di verificare il corretto funzionamento del display collegato
all’uscita del decoder: quando vale 0 tutte le uscite vengono fissate a 0 (spegnendo quindi tutti i
segmenti del display); viceversa, quando vale 1 il decoder funziona normalmente.
Da questa analisi, si deduce che per far funzionare correttamente il decoder, è necessario collegare,
oltre che gli ingressi di dato A,B,C, gli ingressi LT e BI all’1 logico e LE allo 0 logico.
 DISPLAY 7 SEGMENTI A CATODO COMUNE
Il numero convertito deve quindi essere ora visualizzato.
Per fare ciò, utilizziamo un display a 7 segmenti, ovvero un circuito formato da 7 led (più un ottavo led
di solito adibito a funzione di punto decimale) che disposti come da fig. 5, permettono la visualizzazione
di tutte le cifre decimali da 0 a 9.
Fig. 5
Titolo del progetto
Autore
5
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
Come già accennato, il display è internamente formato da 7 led. Un led è un dispositivo elettronico
contraddistinto da 2 regioni: Anodo e Catodo. In particolare, quando la differenza di potenziale tra anodo e
catodo supera una certa tensione di soglia (generalmente, per i led rossi, pari a 1,5V), il diodo inizia a
condurre emettendo luce. Tutti i led all’interno di questo display hanno il catodo collegato tra loro come da
fig. 6.
Per far accendere ogni singolo led, è necessario quindi collegare, tramite una resistenza, tutti i catodi al
potenziale di riferimento basso (0 logico) e fornire un livello di tensione alto (1 logico) all’anodo del led che
si vuole far accendere.
a
b
c
d
e
f
g
Fig. 6
Schema funzionale del circuito
Titolo del progetto
Autore
6
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
Schema funzionale del circuito
Titolo del progetto
Autore
7
ITI Artigianelli – Brescia
Relazione di Elettronica
OSSERVAZIONI:
Le difficoltà riscontrata è stata la realizzazione del circuito nel collegare nel punto giusto i fili elettrici, quindi
abbiamo controllato passaggio per passaggio
CONCLUSIONI:
Abbiamo realizzato un circuito che sia in grado di sommare due numeri a due bit ciascuno e la somma
massima rappresentabile era 3
OSSERVAZIONI
Il fatto principale che è saltato all’occhio è che è difficile riuscire a collegare tutto in modo corretto,senza
sbagliare,ad esempio,il numero del piedino, o inserire nel punto giusto della breadbord il filo, perciò un
buon consiglio è fare le cose con calma,e per i fili ad esempio fissi sulla terra e quelli di alimentazione degli
intergrati è meglio premerli sulla bread board,in modo che non ostacolino i fili “più importanti” dedicati al
collegamento fra i vari integrati
CONCLUSIONI
Siamo riusciti a creare questa sottospecie di calcolatrice di due numeri a 2 bit,e le varie prove con esito
positivo della somma di numeri a caso per provarne il funzionamento ce l’ha dimostrato.
Titolo del progetto
Autore
8