2102384
ELECTRONICS LABORATORY
ชื่อ-สกุล เลขประจําตัว
ชื่อ-สกุล เลขประจําตัว
ชื่อ-สกุล เลขประจําตัว
วันที่ทําการทดลอง อาจารยผูควบคุม
วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา ตัวนับ และ หนวยแสดงผล (Clock, Counter, and Display)
เอกชัย ลีลารัศมี 12/09/2545 สุรีย พุมรินทร 16/05/2551
วัตถุประสงค เพื่อนําวงจรรวม (Integrated Circuit) ในตระกูล TTL บางตัว ไดแก Timer (555), Counter (7490, 7493) และ BCD-to-Seven Segment Decoder/Driver (7447) มาตอกันเปนวงจร กําเนิดสัญญาณนาฬิกา, วงจรนับพัลส และวงจรแสดงผลตัวเลข
อุปกรณการทดลอง
1) แหลงจายไฟตรง (DC Power Supply) ขนาด 5 V 2) แผนโปรโตบอรด ซึ่งมีวงจรรวมเหลานี้เสียบอยู
เบอร 555 7490 7493 7447 7400 LED7
จํานวน 2 1 1 2 1 2
LED7 หมายถึง 7-Segment LED แบบ common anode ซึ่งมีตัวตานทาน 390 โอหม 7 ตัว ตอ อนุกรมอยู
รายละเอียดภายในและตําแหนงขาของวงจรรวมเหลานี้จะอยูในหนา 9 ถึง 13 หมายเหตุ
1) แผนโปรโตบอรดที่ใชทดลองจะมีรูสําหรับเสียบอุปกรณซึ่งแสดงเปนจุดดํา ดังรูป
2) ขั้วตอสาย (Binding Post) มีไวเพื่อพักสายเสียบที่ตอจากเครื่องมือตางๆ ไดแก Power Supply, Oscilloscope, Signal Generator และมิเตอรตางๆ ฐานของขั้วตอจะมีชองและเกลียวสําหรับขันยึด ลวดเพื่อใหนําปลายลวดอีกขางหนึ่งไปเสียบที่รูของโปรโตบอรดได
3) โปรโตบอรดจะมีไอซี ลวดสีแดง และดํา เสียบอยูแลว ลวดสีแดงจะตอขา VCC (ไฟเลี้ยง) ของไอซีทุกตัว ถึงกันผานทาง Bus Strip สวนขา GND (กราวน) ก็จะตอถึงกันดวยลวดสีดํา เชนเดียวกัน ลวดที่เสียบ แลวเหลานี้จะชวยใหทานตอวงจรไดงายและเร็วขึ้นโดยใชลวดอื่นตอเพิ่มอีกเล็กนอย ดังนั้นจึงหามถอด ไอซีหรือลวดเสียบเหลานี้ออกอยางเด็ดขาด ขอใหถอดเฉพาะลวดที่ทานเสียบเพิ่มลงไปเทานั้น
4) จงระลึกวาเกตจะทํางานก็ตอเมื่อมี DC Power Supply 5 V ปอนอยูระหวางขา VCC และ GND ของมัน เทานั้น แตจะไมระบุไวในรูปวงจรเพื่อใหดูงาย ดังนั้นจึงไมตองปดหรือถอดสายออกจาก DC Power Supply จนกวาจะเสร็จขอสุดทาย นอกจากนี้เมื่อตองการปอน 0 V หรือ 5 V ใหกับ Input ของเกต ให
เอาลวดตอ Input นั้นกับ 0 V หรือ 5 V บน Bus Strip ไดเลย
5) การใช Oscilloscope ควรเลือก Input Coupling เปน DC ซึ่งหมายถึง Direct Coupling เสมอ แตการ ทดลองนี้ไมตองใชมิเตอรหรือ Oscilloscope เลย แตใหใช LED (ซึ่งจะมีตัวตานทาน 390Ω บัดกรี
เสนประระหวางรูแสดงวารูเหลานี้ตอถึงกันอยูภายใน แถบที่มีรูตอ กันเปนแถวยาวขนานกัน 2 แถว เรียกวา Bus Strip เหมาะสําหรับ ทําเปนรางปอนแรงดัน ไฟตรง และกราวนที่มักตองตอไปใชหลายที่
ขั้วตอสาย (Binding Post)
6) อุปกรณตาง ๆ ที่ตองใชตอวงจรไดแก ลวด, LED, R, C จะอยูในกลองพลาสติกที่เตรียมไวให หากไม
พอใหขอจากผูควบคุมได
7) ตัวตานทานจะมีแถบสี 4 แถบ โดยสีใน 3 แถบแรกจะมีคาตัวเลขตามตาราง สวนแถบสีความ คลาดเคลื่อนนั้นจะเปนสีทอง (คือ ± 5%) หรือเงิน (คือ ±10%)
หลักที่ 1 หลักที่ 2 จํานวนศูนย ความคลาดเคลื่อน
สี ดํา น้ําตาล แดง สม เหลือง เขียว น้ําเงิน มวง เทา ขาว เลข 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ตัวอยาง ตัวตานแทนที่มีแถบสี เปน น้ําตาล (1), เขียว (5), แดง (2) และทองจะมีคา = 1500 โอหม
±5%
การทดลองที่ 1: วงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา
ใชไอซี 555 ตอเปนวงจรกําเนิดสัญญาณนาฬิกา (Clock Generator) ตามรูปการใชงาน 555 Clock Generator (Astable Operation) ในหนา 9 ใหมีความถี่ 1 Hz โดยใชตัวเก็บประจุขนาด 4.7μF และ คํานวณคาตัวตานทานอื่น ๆ ที่ตองใช
RA = _____________________
RB= _____________________ f (ที่คํานวณได) = _____________________
555 CLK GEN
1 Hz
5V
การทดลองที่ 2: วงจรนับขนาด 4 บิต
เพิ่มวงจรนับขนาด 4 บิต (4-bit binary counter) แลวดูจังหวะกระพริบของ LED ที่ QA, QB, QC, และ QD ของ 7493
555 CLK GEN
1 Hz
5V
7493
QD
5V
CLK
วาดรูปสถานะของสัญญาณ จังหวะกระพริบของ LED ที่ตอกับ สัญญาณ CLK, QA, QB, QC, และ QD ของ 7493 ลงใน Timing Diagram ขางลาง
CLK
QA QB QC QD
การทดลองที่ 3: วงจรแสดงผลบน 7-Segment
เพิ่มวงจรแสดงผลบน 7-Segment LED Display โดยตัวเลขจะเพิ่มขึ้นทุกวินาทีจาก 0 จนถึงครั้งที่ 16 จะ กลับเปน 0 อีก
555 CLK GEN
1 Hz
5V
7493 7447
ตัวนับ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 LED7
การทดลองที่ 4: วงจรนับ 10
ดัดแปลง 7493 ใหเปนวงจรนับ 10 (Decade Counter) โดยใชประโยชนจากขา Reset R0 [1] และ R0 [2] ของมัน ทั้งนี้อาจตองใช NAND จากไอซี 7400 เขาชวยหรือไมก็ไดแลวแตการออกแบบของทาน
555 CLK GEN
1 Hz
5V
7493 7447
7400
Reset
วาดรูปเกตไดอะแกรมของวงจรสรางสัญญาณ Reset ที่ออกแบบได
Reset Inputs
การทดลองที่ 5: วงจรนับ 10 (ชุดที่ 2)
เพิ่มวงจร Decade Counter (ใช 7490) และ 7-Segment LED Display อีก 1 ชุด นําสัญญาณที่มีความถี่
0.1 Hz จาก 7493 มาปอนให 7490 นับและแสดงผล ถาถูกตองจะไดนาฬิกาที่แสดงเวลาเปน 00 ถึง 99 วินาที
เมื่อทดลองไดผลแลวแจงอาจารยผูควบคุมไปตรวจผลการทดลอง
อาจารยผูควบคุม
หลักหนวย หลักสิบ
555 CLK GEN
1 Hz 5V
7493 7447
7400
Reset
7490 7447
0.1Hz
การทดลองที่ 6: การเปลี่ยนความถี่สัญญาณนาฬิกา
ลดคาความตานทานทุกตัวที่ใชกับ 555 CLK GEN ใหเปน 1/10 ของคาเดิมจะไดนาฬิกาที่แสดง เวลาเปน 0.0 ถึง 9.9 วินาที
RA (ใหม) = _____________________
RB (ใหม) = _____________________
f (ที่คํานวณได) = _____________________
การทดลองที่ 7: วงจร One Shot
(ไมตองรื้อวงจรที่ตอในการทดลองที่ 6 ออก) จงใช 555 ตัวที่สอง กับตัวเก็บประจุขนาด 4.7μF พรอมกับ คํานวณคาความตานทานเพื่อตอใหเปน Monostable Multivibrator (หรือ One Shot) ตามรูปหนา 13 โดย ใหพัลสมีความกวาง 5 วินาที ในสภาพปกติ LED จะสวาง แตเมื่อเอา Ground มาแตะที่ Trigger (แลวดึง ออก) LED จะตองดับประมาณ 5 วินาที แลวกลับมาสวางดังเดิม
Rup = _____________________
R = _____________________
T (ที่คํานวณได) = _____________________
T (ที่วัดไดจริง): วัดครั้งที่ 1 = _____________________
T (ที่วัดไดจริง): วัดครั้งที่ 2 = _____________________
T (ที่วัดไดจริง): วัดครั้งที่ 3 = _____________________
T (เฉลี่ยจากการวัด) = _____________________
555 One Shot
Out
5V
Trigger 10K 5V
T= 5 sec
ov
วาด Timing Diagram ของจังหวะกระพริบของ LED ที่ตอกับ สัญญาณ Out
Out
time ( sec.)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
สรุปและวิจารณ
555 Clock Generator (Astable Operation)
2Vcc 3 Vcc
3 Vcc- 2VBE
VCESAT
TH TL
T
H= (R
A+R
B)C ln2 ; T
L= R
BC ln2 ; ln2 = 0.693
f = 1 / (T +T ) = 1.44 / (R +2R )C
Q
5K 5K
Control Voltage
Gnd Vcc
555
Discharge1 5 8
6 3
S
- +
R
- +
5K
Out
preset
7
4
2 Trigger Reset
Threshold
RA
RB
Vcc
C
Vc Vcc
Vout
Vc
Vout
VBE = Base Emitter Forward Voltage = 0.6 - 0.7 Volt
VCESAT = Collector Emitter Saturation Voltage = 0.1 Volt
555
(Top View)
8 7 6 5
1 2 3 4
VCC DIS THR CV
GND TRIG OUT RES
7493 4-Bit Binary Counter
Block Diagram
Function Table
R0 [1] R0 [2] Function H H Reset L X
X L
Count Sequence
(when QA is connected to IB)
Count QD QC QB QA 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
L
L L L L L L L H H H H H H H
L L L L H H H H L L L L H H
L L H H L L H H L L H H L L
L H L H
L
H L H L H L H L H L Count
7493
IA QA QD GND QB QC
IB RO[1] RO[2] VCC
14 13 12 11 10 9 8
1 2 3 4 5 6 7
Pin Assignment (Top View) J
Q
Q
K SET
CLR
QA QB QC QD
IA IB R0[1] R0[2]
J
Q
Q
K SET
CLR
J
Q
Q
K SET
CLR
J
Q
Q
K SET
CLR
7493
12 11 9 8
14 1 2 3
• LT = Lamp Test
• RBI = Ripple Blanking Input
• BI/RBO = Blanking Input or Ripple Blanking Output หมายความวา ในกรณีที่ไมปอน input เขา ที่ขานี้ ขานี้จะเปน output ได
Inputs Outputs LT RBI BI/RBO D C B A a b c d e f g
H X L H
H X X L
H L H L
X X X L
X X X L
X X X L
X X X L
display ตัวเลขตามรหัส DC BA display blank
display all segments (เลขแปด) display zero as blank
7447
BCD-to-Seven Segment Decoder/Driver
7-Segment LED (Light Emitting Diode) แบบ Common Anode
ที่มีตัวตานทานตอไวเพื่อปรับกระแสหรือความสวาง คาที่ใช คือ 390 โอหม
a
f g b
e c
d p
g f a b
e d c p 5V
g f e d c b a p
สมมูลยวงจร
g a p
g a p
. . .
. . .
7447 (top view)
VCC g a b c d
B RBI D GND
16 15 14 13 12 11 10
1 2 3 4 5 6 7
9
8
f e
C LT
BI/
RBO A
out puts (open collector)
inputs
7490 Decade Counter
Function Table
R0[1] R0[2] R9[1] R9[2] Function H
H
H H
L X
X L
X X H H Set to 9 X
L L X
L X X L
X L X L
L X L X
7400 Quadruple 2-input NAND
Count Sequence
(when QA is connected to IB)
Count QD QC QB QA 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9
L
L L L L L L L H H
L L L L H H H H L L
L L H H L L H H L L
L H L H
L
H L H L H Reset
Count 7490
Pin Assignment (top view)
IA QA QD GND QC
IB VCC
14 13 12 11 10 9 8
1 2 3 4 5 6 7
R0[1] R0[2] R9[1] R9[2]
QB
7400
VCC
GND 14
1 5 7
13 12 11 10 9 8
2 3 4 6
One Shot (Monostable Operation)
555
Q
5K 5K
Control Voltage
Gnd Vcc
555
Discharge1 5 8
6 3
S
- +
R
- +
5K
Out
preset
7
4
2 Trigger Reset
Threshold
R
Vcc
C
Vc Vcc Vout
RUP
VI
4
RUP เปน pull up resistor เลือกคาไดตั้งแต 1K ถึง 100K
VI
VOUT
T = 1.1RC LOW
High O
Vcc
555
(Top View)
8 7 6 5
1 2 3
VCC DIS THR CV
GND TRIG OUT RES
Vcc
